کاردیومیوسیت‌های مشتق از سلول‌های بنیادی ترانسفکت‌شده‌ی جنینی موش: مدلی مناسب برای بررسی توکسیسیته‌ی داروها

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه نورولوژی، مرکز تحقیقات علوم اعصاب، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه سلول‌های بنیادی، مرکز تحقیقات علوم سلولی جهاد دانشگاهی، پژوهشکده‌ی رویان، پایگاه تحقیقاتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، گروه زیست‌شناسی، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 استادیار، گروه علوم پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد، اصفهان، ایران

5 دانشیار، گروه سلول‌های بنیادی، مرکز تحقیقات علوم سلولی جهاد دانشگاهی، پژوهشکده‌ی رویان، تهران، ایران

چکیده

مقدمه: دوکسوروبیسین در درمان انواع سرطان‌ها مصرف می‌گردد. اما سمیت قلبی، مصرف آن را محدود ساخته است. برخی مطالعات نشان داده‌اند که کورتیکواستروییدها باعث محافظت قلبی می‌گردند. در این مطالعه با استفاده از کاردیومیوسیت‌های مشتق از سلول‌های بنیادی جنینی ترانس‌ژنیک موش اثرات دگزامتازون در کاهش توکسیسیته‌ی ناشی از دوکسوروبیسین بررسی شد.روش‌ها: سلول‌های قلبی خالص‌شده‌ی مشتق از سلول‌های بنیادی جنینی ترانس‌ژنیک موش (RB1-αMHC) با غلظت‌های مختلف دوکسوروبیسین به مدت 24 ساعت تیمار شدند، تا غلظتی که باعث کاهش 50 درصد حیات سلول‌های قلبی می‌شود برای استفاده در مراحل بعدی به دست بیاید. سلول‌ها در 3 گروه قرار گرفتند: گروه شاهد، گروه دوکسوروبیسین 5 میکرومولار به مدت 24 ساعت و گروه دگزامتازون 10 میکرومولار به مدت 24 ساعت قبل از دوکسوروبیسین 5 میکرومولار به مدت 24 ساعت. گروه‌ها از نظر ضربان با میکروسکوپ فاز کنتراست و درصد حیات با MTS Assay و از نظر بیان ژن با استفاده از تکنیک RT-PCR (Real time- polymerase chain reaction) ارزیابی شدند.یافته‌ها: غلظت 5 میکرومولار دوکسوروبیسین به عنوان حداقل غلظتی که باعث مرگ 50 درصد از این سلول‌ها می‌گردد، به دست آمد. در گروه اول تیمارشده با دوکسوروبیسین و غلظت 10 میکرومولار دگزامتازون اثر محافظت‌کننده بر حیات سلول‌های و بیان ژن‌های قلبی دیده شد. در گروه دوم اثر محافظت‌کنندگی قابل توجهی مشاهده نشد.نتیجه‌گیری: تیمار سلول‌های قلبی حاصل از سلول‌های بنیادی جنینی ترانس‌ژنیک موش با دگزامتازون 24 ساعت قبل از تیمار با دوکسوروبیسین باعث پیش‌گیری از مرگ سلول‌های قلبی ناشی از دوکسوروبیسین می‌گردد. نتایج این مطالعه مطابق نتایج مطالعه بر روی سلول‌های قلبی موش بود. بنابراین این سلول‌ها می‌توانند به عنوان مدل آزمایشگاهی مناسبی برای بررسی آثار درمانی و یا سمی داروها مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Genetically Engineered Mouse Embryonic Stem Cell-Derived Cardiomyocytes as a Suitable Model on Drugs Toxicity Assessment in Vitro

نویسندگان [English]

  • Leila Dehghani 1
  • Mahbobeh Farokhpour 2
  • Ali Haeri-Rohani 3
  • Elaheh Poorazizi 4
  • Mohammad Hossein Nasr-Esfahani 2
  • Hossein Baharvand 5
1 Instructor, Department of Neurology, Isfahan Neurosciences Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Ira
2 Assistant Professor, Department of Stem Cell and Molecular Biology, Cell Science Research Center, Royan Institute for Animal Biotechnology, The Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Isfahan, Iran
3 Associate Professor, Department of Biology, School of Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Medical Sciences, School of Medicine, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Isfahan, Iran
5 Associate Professor, Cells and Developmental Biology, Cell Science Research Center, Royan Institute for Stem Cell Biology and Technology, The Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Tehran, Iran
چکیده [English]

Background: Doxorubicin (DOX) is a powerful chemotherapeutic agent used in the treatment of solid tumors and malignant hematological diseases. However, cardiac toxicity limits the clinical usefulness of this drug. Previous reports have shown that corticosteroids induce a cytoprotective effect on cardiomyocytes. Mouse transgenic embryonic stem cell-derived pure cardiomyocytes may be considered as a model for assessment pharmacological and toxicological effects of drugs in vitro.Methods: Mouse transgenic embryonic stem cell-derived pure cardiomyocytes were treated by different concentrations of doxorubicin to determine median lethal dose (LD50). Pure cardiomyocytes were evaluated in two groups: treatment by 10 µM dexamethasone (DEX) 24 hours before or before and in continuation with doxorubicin. The percentage of cardiomyocyte viability by MTS assay, the percentage of beating, and quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) for cardiac gene expression (β-MHC) were evaluated in each group.Findings: 5 µM doxorubicin was determined as drug concentration that leads to 50% cardiomyocyte mortality. Cardiotoxicity on mouse transgenic embryonic stem cell-derived pure cardiomyocytes could be ameliorated by treatment with dexamethasone (DEX) when administrated before doxorubicin. The effect of dexamethasone appeared to be mediated via glucocorticoid receptors. Dexamethasone increased cardiomyocyte gene expression and decreased apoptosis.Conclusion: Transgenic embryonic stem cell-derived cardiomyocytes are a model for evaluation of doxorubicin toxicity. Additionally, this model provides us with a clinical suggestion, which proposes that the beneficial effect of dexamethasone is obtained when added only before doxorubicin. In addition, the results of present study were consistent with in vivo result in mice.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mouse transgenic embryonic stem cell
  • Cardiomyocytes
  • Doxorubicin
  • Dexamethasone
  • Apoptosis
  • Cardiotoxicity

مراجع

  1. Akimoto H, Bruno NA, Slate DL, Billingham ME, Torti SV, Torti FM. Effect of verapamil on doxorubicin cardiotoxicity: altered muscle gene expression in cultured neonatal rat cardiomyocytes. Cancer Res 1993; 53(19): 4658-64.
  2. Ito H, Miller SC, Billingham ME, Akimoto H, Torti SV, Wade R, et al. Doxorubicin selectively inhibits muscle gene expression in cardiac muscle cells in vivo and in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A 1990; 87(11): 4275-9.
  3. Amsterdam A, Tajima K, Sasson R. Cell-specific regulation of apoptosis by glucocorticoids: implication to their anti-inflammatory action. Biochem Pharmacol 2002; 64(5-6): 843-50.
  4. Kumar D, Kirshenbaum L, Li T, Danelisen I, Singal P. Apoptosis in isolated adult cardiomyocytes exposed to adriamycin. Ann N Y Acad Sci 1999; 874: 156-68.
  5. Schaaf MJ, Cidlowski JA. Molecular mechanisms of glucocorticoid action and resistance. J Steroid Biochem Mol Biol 2002; 83(1-5): 37-48.
  6. Dasmahapatra KS, Vezeridis M, Rao U, Perez-Brett R, Karakousis CP. Prevention of adriamycin (ADR)-induced cardiotoxicity in rats using methylprednisolone (MP). J Surg Res 1984; 36(3): 217-22.
  7. Chen B, Peng X, Pentassuglia L, Lim CC, Sawyer DB. Molecular and cellular mechanisms of anthracycline cardiotoxicity. Cardiovasc Toxicol 2007; 7(2): 114-21.
  8. Chen QM, Alexander D, Sun H, Xie L, Lin Y, Terrand J, et al. Corticosteroids inhibit cell death induced by doxorubicin in cardiomyocytes: induction of antiapoptosis, antioxidant, and detoxification genes. Mol Pharmacol 2005; 67(6): 1861-73.
  9. Cezar GG. Can human embryonic stem cells contribute to the discovery of safer and more effective drugs? Curr Opin Chem Biol 2007; 11(4): 405-9.
  10. McNeish J. Embryonic stem cells in drug discovery. Nat Rev Drug Discov 2004; 3(1): 70-80.
  11. Rolletschek A, Blyszczuk P, Wobus AM. Embryonic stem cell-derived cardiac, neuronal and pancreatic cells as model systems to study toxicological effects. Toxicol Lett 2004; 149(1-3): 361-9.
  12. Doss MX, Winkler J, Chen S, Hippler-Altenburg R, Sotiriadou I, Halbach M, et al. Global transcriptome analysis of murine embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. Genome Biol 2007; 8(4): R56.
  13. Minotti G, Recalcati S, Menna P, Salvatorelli E, Corna G, Cairo G. Doxorubicin cardiotoxicity and the control of iron metabolism: quinone-dependent and independent mechanisms. Methods Enzymol 2004; 378: 340-61.
  14. Hisatomi K, Isomura T, Sato T, Hayashida N, Kosuga K, Ohishi K. Beneficial effect of steroid on myocardial preservation in isolated rat hearts. Jpn Circ J 1995; 59(12): 815-23.
  15. Farokhpour M, Karbalaie K, Tanhaei S, Nematollahi M, Etebari M, Sadeghi HM, et al. Embryonic stem cell-derived cardiomyocytes as a model system to study cardioprotective effects of dexamethasone in doxorubicin cardiotoxicity. Toxicol In Vitro 2009; 23(7): 1422-8.
  16. Dehghani L, Farokhpour M, Karbalaie K, Nematollahi M, Tanhaie S, Hayati-Rodbari N, et al. The influence of dexamethasone administration on the protection against doxorubicin-induced cardiotoxicity in purified embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. Tissue Cell 2013; 45(2): 101-6.
  17. Schmidt S, Rainer J, Ploner C, Presul E, Riml S, Kofler R. Glucocorticoid-induced apoptosis and glucocorticoid resistance: molecular mechanisms and clinical relevance. Cell Death Differ 2004; 11(Suppl 1): S45-S55.
  18. Takahashi T, Lord B, Schulze PC, Fryer RM, Sarang SS, Gullans SR, et al. Ascorbic acid enhances differentiation of embryonic stem cells into cardiac myocytes. Circulation 2003; 107(14): 1912-6.
  19. Morrissy S, Xu B, Aguilar D, Zhang J, Chen QM. Inhibition of apoptosis by progesterone in cardiomyocytes. Aging Cell 2010; 9(5): 799-809.
  20. Zur Nieden NI, Kempka G, Ahr HJ. Molecular multiple endpoint embryonic stem cell test--a possible approach to test for the teratogenic potential of compounds. Toxicol Appl Pharmacol 2004; 194(3): 257-69.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 31، شماره 259 - شماره پیاپی 259
آذر و دی 1392
صفحه 1779-1786

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 خرداد 1392
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار