Avaliação do potencial terapêutico das células mesenquimais e do meio condicionado no tratamento das disfunções cardíacas decorrentes da obesidade e DM2 experimental

Abstract

Hábitos alimentares com altos teores de gordura e o estilo de vida sedentário são fatores desencadeantes da obesidade, diabetes mellitus tipo 2 (DM2) e insuficiência cardíaca. Células mesenquimais (MSC) surgem como uma ferramenta terapêutica capaz de melhorar o quadro de doenças cardiovasculares, mas também de outras condições degenerativas, devido ao seu efeito regenerativo induzido pela sua ação parácrina. Com base nisso, os fatores secretados no meio condicionado (MC) destas células também são investigados na regeneração tecidual. Este estudo visou avaliar o potencial terapêutico das MSC e do seu MC no tratamento das complicações cardíacas em modelo experimental de obesidade e diabetes induzidas por dieta com alto teor de gordura (HFD). Avaliações bioquímicas, murinométricas e funcionais cardíacas foram realizadas nos períodos: pré-indução da obesidade, pós-indução e póstratamento. Após 36 semanas de uso da HFD, esta foi substituída pela dieta padrão seguida pelo tratamento: MSC, MC e DMEM. A disfunção metabólica foi avaliada através de parâmetros bioquímicos e índice de massa corpórea. A função cardíaca foi avaliada por eletrocardiografia, ecocardiografia e teste ergométrico. A presença de fibrose no miocárdio foi avaliada por análise histopatológica. Os mecanismos de ação da terapia celular foram investigados no tecido cardíaco por qRT-PCR. A caracterização do MC foi realizada por protein array que revelou a presença de 19 proteínas incluindo citocinas e fatores de crescimento. Os camundongos alimentados com HFD apresentaram arritmias cardíacas, expressão alterada de genes cardíacos e fibrose do miocárdio, refletindo na redução da capacidade de efetuar esforço físico. A administração da MSC ou MC reverteu as arritmias e recuperou a capacidade de realizar exercício físico. Na primeira etapa deste estudo, observouse a melhora funcional cardíaca em consonância com a normalização da expressão dos genes GATA4, conexina 43 e COL1A1 nos corações de camundongos tratados com MSC ou MC. A expressão dos genes troponina I, adiponectina, TGF-β1, PPARγ, IGF-1, SOCS3, MMP9 e TIMP1 normalizaram após o tratamento com MSC, mas não com o MC. Além disso, a administração de MSC ou MC reduziu o percentual de área com fibrose. A fim de elucidar a melhora significativa alcançada pelas MSC, na segunda etapa deste estudo, aprofundou-se a investigação dos mecanismos moleculares envolvidos neste efeito terapêutico. Foi investigada a expressão de genes relacionados ao remodelamento tecidual (SPARC, CTGF e SMAD7), à inflamação (CCL2 e CHI3L3), bem como, à sobrevivência e proliferação celular (PTEN e STAT3) por qRT-PCR. Elevados níveis da expressão gênica do SMAD7, SPARC, CTGF, CCL2, CHI3L3, STAT3 e PTEN foram detectados apenas no grupo tratado com MSC. Os resultados apresentados neste estudo sugerem que MSC e CM têm um efeito benéfico sobre os distúrbios cardíacos decorrentes da obesidade e DM2, corroborando com a ação parácrina das MSC através da modulação de elementos envolvidos em processos de regeneração tecidual, tais como desenvolvimento de fibrose.

High fat eating habits and sedentary lifestyle are triggering factors of obesity, diabetes mellitus type 2 (DM2) and heart failure. Mesenchymal cells (MSC) appear as a therapeutic tool capable of improving cardiovascular disease, but also other degenerative conditions, due to its regenerative effect induced by its paracrine action. Based on this, the factors secreted in the conditioned medium (CM) of these cells are also investigated in tissue regeneration. This study aimed to evaluate the therapeutic potential of MSC and its CM in the treatment of cardiac complications in an experimental model of obesity and diabetes induced by high fat diet (HFD). Biochemical, murinometric and cardiac functional evaluations were performed in the following periods: pre-induction of obesity, post-induction and post-treatment. After 36 weeks of use of HFD, it was replaced by the standard diet followed by treatment: MSC, MC and DMEM. Metabolic dysfunction was assessed by biochemical parameters and body mass index. Cardiac function was assessed by electrocardiography, echocardiography and treadmill test. The presence of myocardial fibrosis was assessed by histopathological analysis. The action mechanisms of cell therapy were investigated in cardiac tissue by qRT-PCR. CM characterization was performed by protein array which revealed the presence of 19 proteins including cytokines and growth factors. HFD-fed mice had cardiac arrhythmias, altered expression of cardiac genes, and myocardial fibrosis, reflecting the reduced ability to exercise. MSC or CM administration reversed arrhythmias and regained the ability to exercise. In the first stage of this study, cardiac functional improvement was observed in line with normalization of GATA4, connexin 43 and COL1A1 gene expression in the hearts of mice treated with MSC or CM. The expression of troponin I, adiponectin, TGF-β1, PPARγ, IGF-1, SOCS3, MMP9 and TIMP1 genes normalized after treatment with MSC, but not with CM. In addition, administration of MSC or CM reduced the percentage of fibrosis area. In order to elucidate the most significant improvement achieved by MSC, in the second stage of this study, the investigation of the molecular mechanisms involved in this therapeutic effect was deepened. The expression of genes related to tissue remodeling (SPARC, CTGF and SMAD7), inflammation (CCL2 and CHI3L3), as well as cell survival and proliferation (PTEN and STAT3) by qRT-PCR were investigated. High levels of SMAD7, SPARC, CTGF, CCL2, CHI3L3, STAT3 and PTEN gene expression were detected only in the MSC treated group. These results suggest that MSC and CM have a beneficial effect on cardiac disorders due to obesity and DM2, corroborating to the paracrine action of MSCs by modulating elements involved in tissue regeneration processes, such as fibrosis development.