Macrophages as homeostatic regulators in the ischemically damaged myocardium after use of allogenic biomaterial

Macrophages as the effector cells play a key role in initiating the inflammatory process and predetermine the manifestation of the postinfarction cardiosclerosis. The population of these cells is heterogenous and is mainly represented by M1 and M2 phenotypes. Alloplant biomaterial (ABM) is resorbed by the macrophages which became the regulators of the cellular interaction in tissues.

The aim of the investigation was to reveal the peculiarities of the postinfarction healing of the myocardium following the ABM insertion and to assess the population change in the dynamics of macrophages and c-kit+ cells.

Materials and methods. The experimental investigations were carried out on 100 male Wistar’s rats weighing 0.18–0.25 kg. All the animals had coronary occlusion by way of ligating the arteries. In the experimental group, the ABM (12 mg) suspension was intramyocardially administered simultaneously with the vessel stricture formation. The harvesting of hearts was carried out at 3, 7, 14, 30, 45 days.

Results. In the experimental group the course of the inflammatory process was characterized by the onset of the early proliferative stage, whereas in the control group colliquative necrosis was developing. It was caused by different degrees of the macrophage reaction expression. The number of CD68+ cells in the rat reactive zone of the control group was bigger than in the experimental one. In the experimental group the ABM-induced macrophages of mesenchyme origin were revealed and с-kit+ cells were considerably more in number than in the control one. After 45 days, the scar area index in the experimental group was significantly less than in the control group.

Conclusion. ABM had a histoprotective effect under the conditions of the acute myocardial ischemia due to the inhibition of macrophage migration and induction of cellular cardiomyogenesis.

1. Muldashev E.R., Muslimov S.A., Musina L.A., Nigmatullin R.T., Lebedeva A.I., Shangina O.R., Khasanov R.A. The role of macrophages in the tissues regeneration stimulated by the biomaterials. Cell Tissue Bank. 2005; 6 (2): 99–107. DOI: 10.1007S10561-004-5805-2.

2. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М., Щербаков Д.А. Морфологические особенности макрофагов и их цитокинового профиля в регенерации скелетной мышечной ткани при пластике аллогенным губчатым биоматериалом. Цитокины и воспаление. 2015; 14 (1): 27–33.

3. Афанасьев С.А., Кондратьева Д.С., Лебедева А.И., Муслимов С.А., Попов С.В. Функциональное состояние миокарда после использования аллогенного бесклеточного материала для стимуляции его регенеративных возможностей при экспериментальном инфаркте. Российский кардиологический журнал. 2018; 23 (3): 71–75.

4. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Мусина Л.А. Морфологические аспекты регенеративного потенциала ишемически поврежденного миокарда после применения аллогенного биоматериала. Биомедицина. 2016; 2: 32–44.

5. Лебедева А.И. Аллогенный губчатый биоматериал – индуктор миосателлитоцитов в поврежденной скелетной мышце. Успехи современной биологии. 2016; 136 (3): 276–284.

6. Гомбожапова А.Э., Роговская Ю.В., Ребенкова М.С., Кжышковская Ю.Г., Рябов В.В. CD68 и стабилин-1 позитивные макрофаги в постинфарктной регенерации миокарда. Российский кардиологический журнал. 2017. 11 (151): 56–61.

7. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях / под ред. Н.Н. Каркищенко, С.В. Грачева. М.: Профиль-2с; 2010: 358.

8. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. М.: Медиа Сфера; 2002: 312.

9. Лебедева А.И. Аллогенный губчатый биоматериал – ингибитор фиброза поврежденной скелетной мышечной ткани. Российский биотерапевтический журнал. 2014; 13 (4): 37–44.

10. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Мусина Л.А., Гареев Е.М. Роль резидентных макрофагов в регенерации скелетной мышечной ткани, индуцированной биоматериалом Аллоплант. Биомедицина. 2014; 2: 43–50.

11. Tsujioka H., Imanishi T., Ikejima H., Kuroi A., Takarada S., Tanimoto T., Kitabata H., Okochi K., Arita Y., Ishibashi K., Komukai K., Kataiwa H., Nakamura N., Hirata K., Tanaka A., Akasaka T. Impact of heterogeneity of human peripheral blood monocyte subsets on myocardial salvage in patients with primary acute myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 2009; 54 (2): 130–138. DOI: 10.1016/j.jacc.2009.04.021.

12. Panizzi P., Swirski F.K., Figueiredo J.L., Waterman P., Sosnovik D.E., Aikawa E. et al. Impaired infarct healing in atherosclerotic mice with Ly-6C(hi) monocytosis. J. Am. Coll. Cardiol. 2010; 55 (1): 1629–1638. DOI: 10.1016/j.jacc.2009.08.089.

13. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М., Попов С.В., Афанасьев С.А., Кондратьева Д.С. Экспрессия металлопротеиназ и их ингибиторов в ишемизированном миокарде после применения аллогенного биоматериала. Российский кардиологический журнал. 2018; 23 (7): 73–79.

14. Lavine K.J., Epelman S., Uchida K., Weber K.J., Nichols C.G., Schilling J.D., Ornitz D.M., Randolph G.J., Mann D.L. Distinct macrophage lineages contribute to disparate patterns of cardiac recovery and remodeling in the neonatal and adult heart. PNAS. 2014; 111 (45): 16029–16034. DOI: 10.1073/pnas.1406508111.

15. Beltrami A.P., Barlucchi L., Torella D., Baker M., Limana F., Chimenti S., Kasahara H., Rota M., Musso E., Urbanek K., Leri A., Kajsutra J., Nadal-Ginard B., Anversa P. Adult cardiac stem cells are multipotent and support myocardial regeneration. Cell. 2003; 114 (6): 763–776. DOI: 10.1016/S0092-8674(03)00687-1.

16. Orlic D. BM stem cells and cardiac repair: where do we stand in 2004? Cytotherapy. 2005; 7 (1): 3–15. DOI: 10.1080/14653240510018028.

17. Barisella M., Andreola S., Rosai J. CD117 in soft tissue sarcomas. Am. J. Clin. Pathol. 2002; 118 (3): 470–471.

18. Мусина Л.А., Муслимов С.А., Лебедева А.И., Волгарева Е.А. Ультраструктура макрофагов, выявляемых при имплантации аллогенного биоматериала Аллоплант. Морфология. 2006; 129 (1): 53–56.

19. Лебедева А.И. Биоматериал Аллоплант при регенерации миометрия рога матки экспериментальных животных – стимулятор макрофагов мезенхимного происхождения. Биомедицина. 2016; 2: 45 53 –ؘ .

20. Baker A.B., Edwards D., Murphy G. Metalloproteinase inhibitors: biological actions and therapeutic opportunities. J. Cell Science. 2002; 115 (19): 3719–3727. DOI: 10.1242/jcs.00063.