Impact of cardiac stromal cells on Coxsackievirus B3-induced myocarditis

dc.contributor.advisorLinthout, Sophie Van
dc.contributor.authorEl-Shafeey, Muhammad
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeKurreck, Jens
dc.contributor.refereeTschöpe, Carsten
dc.contributor.refereeLinthout, Sophie Van
dc.date.accepted2019-05-20
dc.date.accessioned2019-12-12T10:48:37Z
dc.date.available2019-12-12T10:48:37Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractMyocarditis is an inflammatory cardiac disorder, which is characterized by cardiac inflammation and fibrosis, leading to left ventricular (LV) dysfunction. Most commonly, the inflammatory response of the heart is directed to viruses, of which most research has been done on Coxsackievirus B3 (CVB3). CVB3 can directly damage the cardiomyocytes and leads to the activation of a primary immune response, which can progress to inflammatory cardiomyopathy. Despite extensive investigations, no specific treatment for myocarditis patients exists up to now. Under conventional heart failure therapy, inflammatory cardiomyopathy typically has a progressive course, indicating the need for alternative therapeutic strategies to improve long-term outcome. At the Berlin-Brandenburg Center for Regenerative Therapies, a unique cell type has been isolated from human endomyocardial biopsies (EMB): cardiac-derived adherent proliferating cells (CardAPs), further abbreviated as (EMB-CardAPs). EMB-CardAPs are CD90low cells, low immunogenic and share many features with mesenchymal stromal cells. They have been proven to exert cardioprotective effects in different murine models of cardiac dysfunction. Though, they have not been compared in vivo so far with EMB-cardiac fibroblasts (EMB-CF), which, similar to EMB-CardAPs, are derived from EMB via outgrowth culture, be it in another medium. Furthermore, given the small EMB size, EMB-CardAPs can only be isolated and expanded for autologous use. In view of an allogeneic approach, CardAPs have been isolated from the right atrial appendage (RAA), which allows sufficient cells for the treatment of more than 250 patients. The cardioprotective potential of RAA-CardAPs has not been evaluated so far. The overarching aim of this study is to get further insights into the cardioprotective potential of CardAPs. The first aim of this study was to further characterize EMB-CardAPs and to compare their cardioprotective potential with EMB-CF from the same patient in acute CVB3-induced myocarditis mice. The second aim of the study was to characterize the cardioprotective features of RAA-CardAPs. Therefore, their cardio(myocyte) protective effects were investigated in vitro on CVB3-infected HL-1 cardiomyocytes and in vivo in CVB3-induced acute and chronic myocarditis mice. The first study demonstrated that EMB-CardAPs and EMB-CF improved LV function in mice. However, EMB-CardAPs, but not EMB-CF, reduced LV fibrosis, downregulated the expression of the chemokines CCL2, CCL7 and CX3CL1, decreased LV monocyte presence, reduced CVB3 mRNA expression and upregulated the ratio of anti-apoptotic Bcl2 towards pro-apoptotic Bax in acute CVB3-induced myocarditis mice. In vitro, the viability of RAA-CardAPs was not reduced by CVB3 and RAA-CardAPs decreased the CVB3-induced apoptosis of HL-1 cardiomyocytes. Following these promising findings, RAA-CardAPs were intravenously administered in acute CVB3-induced myocarditis mice. Similar to EMB-CardAPs, RAA-CardAPs improved systolic and diastolic function in acute CVB3-induced myocarditis mice. RAA-CardAPs reduced LV collagen I as well as the collagen I/collagen III ratio, but did not decrease cardiac inflammation (immune cell presence, chemokine and cytokine expression), nor CVB3 mRNA expression, neither did intravenous RAA-CardAPs application increase the Bcl2/Bax ratio in acute CVB3-induced myocarditis mice. To assess the cardioprotective potential of RAA-CardAPs in a chronic setting of CVB3 myocarditis, myocarditis was induced with the 31-1-93 CVB3 virus strain in NMRI mice. The chronic stage was characterized by increased LV collagen I protein expression and collagen I/collagen III ratio and upregulated LV presence of immune cells, which was reflected by an impaired LV function. Intravenous application of RAA-CardAPs at day 10 post infection improved LV function, as shown by an increase in the ejection fraction as well as LV contractility in chronic CVB3-induced myocarditis NMRI mice. In parallel, RAA-CardAPs reduced LV collagen I expression and slightly decreased the LV presence of CD68+ cells in chronic CVB3-induced myocarditis NMRI mice. We conclude that EMB-CardAPs are unique cells with profound cardioprotective features. Though, the cardioprotective potential of RAA-CardAPs needs to be further explored.en
dc.description.abstractMyokarditis ist eine entzündliche Herzerkrankung, die durch eine kardiale Entzündung und Fibrose charakterisiert ist, die zu einer linksventrikulären (LV) Dysfunktion führt. In den meisten Fällen, ist die kardiale Entzündungsreaktion auf eine virale Infektion zurückzuführen, wobei die meiste Forschung mit dem Coxsackievirus B3 (CVB3) betrieben wurde. CVB3 kann direkt die Kardiomyozyten schädigen und führt zur Aktivierung des primären Immunsystems, welches zum Fortschreiten der inflammatorischen Kardiomyopathie führen kann. Trotzt intensiver Forschung, gibt es bis lang keine spezifische Behandlung für Myokarditispatienten. Unter einer konventionellen Herzinsuffizienztherapie, hat eine inflammatorische Kardiomyopathie typischerweise einen progressiven Verlauf, wobei diese Tatsache die Notwendigkeit für alternative therapeutische Strategien zeigt, um somit den langfristigen Outcome zu verbessern. Am Berlin-Brandenburg Centrum für Regenerative Therapien wurde ein einzigartiger Zelltyp aus humanen endomyokardialen Biopsien (EMB) isoliert: cardiac-derived adherent proliferating cells (CardAPs), weiter abgekürzt als (EMB-CardAPs). EMB-CardAPs sind CD90low Zellen, mit einer niedrigen Immunogenität und sie teilen viele Eigenschaften mit den mesenchymalen stromalen Zellen. In zahlreichen murinen Modellen mit kardialer Dysfunktion wurde deren kardioprotektive Eigenschaften nachgewiesen. Jedoch, wurden sie noch keinem in vivo Vergleich mit den EMB-kardialen Fibroblasten (EMB-CF) unterzogen, die ebenfalls, wie die EMB-CardAPs, mittels einer Auswuchskultur aus EMBs gewonnen werden, sei es nun in einem anderen Medium. Weiterhin können die EMB-CardAPs, aufgrund der kleinen Größe der EMBs, nur für den autologen Gebrauch isoliert und expandiert werde. Im Hinblick auf eine allogene Anwendung, wurden CardAPs aus dem rechten Vorhofanhang (right atrial appendage (RAA)) isoliert, mit ausreichender Zellanzahl, um mehr als 250 Patienten zu behandeln. Das kardioprotektive Potenzial von RAA-CardAPs wurde bislang noch nicht untersucht. Das übergreifende Ziel dieser Studie ist, weitere Einblicke in das kardioprotektive Potential der CardAPs zu erhalten. Das erste Ziel der Studie war es, die EMB-CardAPs weiter zu charakterisieren und deren kardioprotektives Potential mit den EMB-CF, vom selben Pateinten stammend, in CVB3 induzierten Myokarditis Mäusen zu vergleichen. Das zweite Ziel der Studie war es, die kardioprotektiven Eigenschaften von RAA-CardAPs zu charakterisieren. Dafür wurden deren kardio(myozyten)protektiven Effekte in vitro an CVB3 infizierten HL-1 Kardiomyozyten und in vivo in CVB3 induzierten akuten und chronischen Myokarditis Mäusen untersucht. Die erste Studie zeigte, dass die EMB-CardAPs und EMB-CF die LV Funktion in den Mäusen verbesserten. Wobei, EMB-CardAPs jedoch nicht EMB-CF, die LV Fibrose reduzierten, die Expression der Chemokine CCL2, CCL7 und CX3CL1 runter regulierten, die LV Präsenz von Monozyten reduzierten, die CVB3 mRNA Expression verringerten und die Ratio vom anti-apoptotischen Bcl2 gegenüber dem pro-apoptotischen Bax in CVB3 induzierten Myokarditis Mäusen reduzierten. In vitro war die Lebensfähigkeit von RAA-CardAPs durch CVB3 nicht reduziert und RAA-CardAPs reduzierten die CVB3 induzierte Apoptose von HL-1 Kardiomyozyten. Basierend auf diesen vielversprechenden Ergebnissen, wurden die RAA-CardAPs folglich in CVB3 induzierte Myokarditis Mäuse intravenös appliziert. Ähnlich wie die EMB-CardAPs, verbesserten RAA-CardAPs die systolische und diastolische kardiale Funktion in CVB3 induzierten Mäusen. RAA-CardAPs verminderten das LV Collagen I, sowie die Collagen I/Collagen III Ratio, jedoch wurde weder die kardiale Entzündung (Immunzellpräsenz, Chemokin -und Zytokinexppression) und die CVB3 mRNA Expression reduziert, noch wurde die Bcl2/Bax Ratio erhöht durch die intravenöse Applikation von RAA-CardAPs in akuten CVB3 induzierten Myokarditis Mäusen. Um das kardioprotektive Potenzial von RAA-CardAPs im Rahmen einer chronischen CVB3 Myokarditis zu untersuchen, wurde eine Myokarditis mit dem 31-1-93 CVB3 Virusstamm in NMRI Mäusen induziert. Das chronische Stadium wurde an Hand einer erhöhten LV Collagen I Protein Expression charakterisiert, sowie einer erhöhten Collagen I/Collagen III Ratio und einer hochregulierten LV Präsenz von Immunzellen, welches durch eine verschlechterte LV Funktion wiedergespiegelt wurde. Eine intravenöse Applikation von RAA-CardAPs an Tag 10 nach der Infektion verbesserte die LV Funktion, dargestellt an Hand einer Erhöhung der Ejektionsfraktion und der LV Kontraktilität in chronischen CVB3 infizierten NMRI Mäusen. Gleichzeitig reduzierten die RAA-CardAPs die LV Collagen I Expression und erniedrigten leicht die LV Präsenz von CD68+ Zellen in chronischen CVB3 induzierten Myokarditis NMRI Mäusen. Wir schließen daraus, dass EMB-CardAPs einzigartige Zellen mit umfassenden kardioprotektiven Eigenschaften sind. Jedoch bedarf das kardioprotektive Potential von RAA-CardAPs weiterer Untersuchungen.de
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10229
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9190
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/en
dc.subject.ddc500 Naturwissenschaften und Mathematikde
dc.subject.ddc610 Medizin und Gesundheitde
dc.subject.otherstromal cellsen
dc.subject.otherCoxsackievirus B3en
dc.subject.othermyocarditisen
dc.subject.otherstromale Zellende
dc.subject.otherMyokarditisde
dc.titleImpact of cardiac stromal cells on Coxsackievirus B3-induced myocarditisen
dc.title.translatedEinfluss von kardialen Stromalzellen auf das Coxsackievirus B3-induzierte Myokarditisde
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionacceptedVersionen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.affiliationFak. 3 Prozesswissenschaften>Inst. Biotechnologiede
tub.affiliation.facultyFak. 3 Prozesswissenschaftende
tub.affiliation.instituteInst. Biotechnologiede
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