Adipose and cardiac progenitor cells for regenerative medicine

Le malattie cardiovascolari e il loro evoluzione in arresto cardiaco, sono una della principali cause di morte a livello mondiale. Il diabete è spesso associato all'alterazione dei substrati metabolici i quali sono in grado di modificare l'omeostasi dei tessuti ed alterare le popolazioni di precursori cellulari. La maggior parte dei tessuti adulti presenta delle sotto-popolazioni di progenitori mesenchimali che, a causa delle loro proprietà rigenerative, sono un'interessante fonte di cellule per la medicina rigenerativa e la terapia cellulare. Recentemente è stato dimostrato che, in seguito ad un arresto cardiaco, l'iniezione di cellule mesenchimali può migliorare la contrattilità cardiaca in topo e ratto. Lo scopo di questa tesi è stato di isolare, caratterizzare e differenziare cellule mesenchimali di tessuto adiposo (ADMSCs) e cellule derivate da cardiosfere (CDCs) e determinare l'effetto di una dieta ad alto contenuto di grassi su queste due popolazioni cellulari. Da tessuto atriale di topo sono state isolate EDCs (Explant-derived cells) e CDCs, mentre dal tessuto adiposo inguinale, dopo digestione con collagenasi di tipo2, sono state isolate ADMSCs. Quest'ultime, dopo espansione in vitro, contengono un numero maggiore di cellule CD90+ (47% vs 87%) e minore di DDR2+ and CD45 rispetto a cellule appena isolate (rispettivamente 9% e 20% vs 38% e 42%). Alcuni medium sono stati testati per verificare la capacità differenziativa delle ADMSCs, di questi solo il medium con TGFβ è stato in grado di aumentare l espressione di geni cardiaci. L'espansione di ADMSCs in ipossia ha aumentato la velocità di proliferazione e ha modificato il profilo di marker cellulari espresso dalle ADMSCs. E' stato inoltre notato un numero più elevato di cellule positive per DDR2 e minore di CD45+ e CD90+ rispetto a ADMSCs espanse in normali condizioni di ossigeno. L'espansione di fibroblasti cardiaci in vitro e CDCs ha rivelato una similarità tra queste due popolazioni, entrambe aumentano la velocità di proliferazion e la capacità clonogenica con l'aumentare dei passaggi in cultura ed esprimono marker mesenchymali e marker espressi da fibroblasti come CD90 e DDR2. Le CDCs hanno dimostrato di essere in grado di acquisire un fenotipo cardiaco in vitro, aumentando l'espressione di cardiac actin e troponin T, tuttavia non sono state osservate cellule con spontanea attività contrattile. Dopo quattro mesi di dieta ad alto contentuto di grassi (55% grasso, HFD) i topi presentano aumentati livelli plasmatici di glucosio, colesterolo e insulina e diminuiti livelli di lattato. Un numero significativamente maggiore di ADMSCs sono stae isolate da animali HFD e il numero di ADMSCs correla con i livelli pasmatici di glucosio, colesterolo e lattato. I livelli di espressione di CD45, DDR2 e CD105 sono aumentati in ADMSCS da topi con dieta ad alto contenuto di grassi e la loro funzionalità e capacità differenziativa è risultata essere leggermente diminuita. Nelle CDCs non sono state riscontrate differenze nè nell'espressione di marker nè nella loro funzionalità. Per concludere, 4 mesi di dieta HFD sono in grado di indurre un fenotipo diabetico in topi C57 Black 6. La dieta HFD ha aumentato il numero di ADMSCs ma ha modificato le percentuali di sottopopolazioni all interno di questa popolazione, inoltre è stata registrata un diminuzione nella loro capacità differenziativa. Al contrario, le CDCs non sono state influenzate dal fenotipo diabetico.

Cardiovascular diseases, and the progression to heart failure, are one of the leading cause of death. Diabetes is often associate with cardiovascular complications because of the disturbed substrate metabolism that can alter the homeostasis of the tissues and modify the progenitor cell populations. Most adult tissues have a mesenchymal progenitor cell subpopulation that represents a proportion of the total cell number and which, because of its regenerative properties, is an attractive source for cell therapy. Recently it has been proved that injection of mesenchymal cells improve contractile function in rodents following myocardial infarction. The aim of this study was to isolate, characterize and differentiate adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSCs), and cardiosphere-derived cells (CDCs), and to determine the effect of simply a high fat diet on these two mesenchymal populations. Cardiac explant-derived and cardiosphere-derived cells (EDCs, CDCs) were cultured from atrial tissue and adipose stem cells were cultured from epididymal fat depots after collagenase digestion. Cultured ADMSCs contained more CD90+ cells (47% vs 87%) and fewer DDR2+ and CD45+ cells compared to freshly isolated ADMSCs (respectively 9% and 20% vs 38% and 42%). Various media were tested to validate the differentiation capacity of adipose mesenchymal cells, but only the TGFβ-supplemented medium was able to increase the expression of cardiac specific genes. Hypoxia increased cell proliferation and changed the surface marker profile of ADMSCs; more DDR2+ cells and fewer CD45+ and CD90+ cells were found compared to normoxic ADMSCs. In vitro expansion of neonatal cardiac fibroblasts and cardiosphere-derived cells revealed a similarity between these two cell populations, both increased proliferation and clonogenic capacity with time in culture and expressed mesenchymal/fibroblast markers such as CD90 and DDR2. CDCs were able to acquire a cardiac phenotype in vitro, increasing gene expression of cardiac actin and troponin T, however no beating cells were observed. After 4 months of high-fat diet (55% fat; HFD,) mice had raised fed plasma glucose, cholesterol and insulin levels and decreased plasma lactate. Significantly more ADMSCs were obtained from high fat fed animals and ADMSC numbers correlated with plasma glucose, cholesterol and lactate. Expression of CD45, DDR2 and CD105 were increased in ADMSCs from high fat fed mice and the functional properties and differentiation capacity were slightly decreased. No differences in surface marker expression and functional properties were detected between high fat and chow diet mice CDCs. In conclusion, four months of HFD induced a diabetic phenotype in C57 Black 6 mice. The high fat diet increased ADMSCs yield but modified the balance of ADMSCs populations and decreased their differentiation capacity. In contrast, cardiac progenitor cells were unaffected by induction of the diabetic phenotype.