Background: Acute myocardial ischemia results in scar formation with ventricular dilatation and eventually heart failure. Placental growth factor (PlGF) is reported to stimulate angiogenesis and improve cardiac function. In this study, we hypothesized that intramyocardial injection of PlGF contained in nanoparticles can be released at the site of action for an extended time period as a sustained slow-release protective mechanism that accelerates myocardial recovery in a rat model of ischemic cardiomyopathy. Methods: The study was conducted on 35 Lewis rats. The rats were randomized into the following four groups: control group I (n=10) received empty chitosan-alginate nanoparticles; treatment group II (n=10) received PlGF, and treatment group III (n=10) received PlGF contained in chitosan–alginate nanoparticles; all of which had coronary ligation and injection of the material into the peri-infarcted area; and finally a sham operated group (n=5). Transthoracic echocardiography was performed for each rat as a baseline before the surgery, after ligation at 2 days, one week, 4 weeks, and at 8 weeks. Left ventricular fractional shortening (LVFS) and left ventricular ejection fraction (LVEF) were measured at these time intervals. ELISA was used to measure the serum level of TNF-α, IL-6 and IL-10 at 8 weeks. Hearts were stained with Masson's trichrome for scar area analysis. Results: At 8 weeks post coronary ligation, group I had LVEF of 27.6±7.5%, versus 47.1±2.6% in group II, and 56.6±3.7% in group III. Groups II and III had a statistically significant (P < 0.01) improvement in LVEF and LVFS compared to group I. The difference between groups II and III was also statistically significant (P < 0.01). The percentage of scarred left ventricle at mid-papillary cross-section was 32.7±4% in group I, versus 28.4±3% in group II, and 24.5±2.6% in Group III. The difference between group I versus group II, and group II versus III was statistically significant (P < 0.05). This effect was associated with a significant decrease in pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6) and an increase in the anti-inflammatory cytokine (IL-10) in group III as opposed to group II. Conclusion: The use of nanoparticles as a vehicle for PlGF delivery as opposed to the direct application of the growth factor post acute myocardial infarction resulted in a significant increase in LV function, a decrease in scar area formation, a decrease in pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6) and an increase in the anti-inflammatory cytokine (IL-10). Thus, nanoparticles can be used to provide a sustained slow-release protective mechanism of PlGF therapy enhancing the positive effects of the growth factor in the setting of myocardial ischemia. / Contexte: Les résultats de l'ischémie myocardique aiguë dans la formation de cicatrices avec dilatation ventriculaire et l'insuffisance cardiaque par la suite. Le facteur de croissance placentaire (PlGF) est signalé pour stimuler l'angiogenèse et améliorer la fonction cardiaque. Dans cette étude, nous avons émis l'hypothèse que l'injection intramyocardique de PlGF contenus dans des nanoparticules peuvent être libérés sur le site d'action pour une période prolongée en tant que mécanisme durable à libération lente de protection qui accélère la récupération du myocarde dans un modèle de rat de cardiomyopathie ischémique. Méthodes: L'étude a été menée sur 35 rats Lewis. Les rats ont été répartis au hasard en quatre groupes: le groupe de contrôle I (n=10) a reçu des nanoparticules de chitosan-alginate vides; le groupe de traitement II (n=10) a reçu le PlGF, et le groupe de traitement III (n=10) a reçu le PlGF contenu dans les nanoparticules de chitosan-alginate; qui avaient tous la ligature coronaire et l'injection de la matière dans la zone péri-infarctus, et enfin un groupe fictif utilisé (n=5). L'échocardiographie transthoracique a été réalisée pour chaque rat comme base de référence avant la chirurgie, après la ligature à 2 jours, une semaine, 4 semaines, et à 8 semaines. Le raccourcissement du ventricule gauche fractionné (FRVG) et la fraction d'éjection ventriculaire gauche (FEVG) ont été mesurés à ces intervalles de temps. ELISA a été utilisé pour mesurer le taux sérique de TNF-α, IL-6 et IL-10 à 8 semaines. Les cœurs ont été colorés au trichrome de Masson pour l'analyse de la surface de cicatrice. Résultats: 8 semaines après la ligature coronaire, le groupe I avait une FEVG de 27.6±7.5%, contre 47.1±2.6% dans le groupe II, et 56.6±3.7% dans le groupe III. Les groupes II et III ont montré une amélioration statistiquement significative (P < 0.01) de la FEVG et FRVG par rapport au groupe I. La différence entre les groupes II et III a également été statistiquement significative (P < 0.01). Le pourcentage du ventricule gauche marqué à la section mi-papillaire était 32.7±4% dans le groupe I, contre 28.4±3% dans le groupe II, et 24.5±2.6% dans le groupe III. La différence entre le groupe I par rapport au groupe II, et le groupe II versus III était statistiquement significative (P < 0.05). Cet effet a été associé à une diminution significative des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6) et une augmentation de la cytokine anti-inflammatoire (IL-10) dans le groupe III par opposition au groupe II. Conclusion: L'utilisation de nanoparticules en tant que véhicule pour la livraison du PlGF par opposition à l'application directe du facteur de croissance post-infarctus aigu du myocarde a entraîné une augmentation significative de la fonction ventriculaire gauche, une diminution de la zone de cicatrice, une diminution des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6) et une augmentation de la cytokine anti-inflammatoires (IL-10). Ainsi, les nanoparticules peuvent être utilisées pour fournir un mécanisme de protection soutenu à libération lente de la thérapie PlGF, renforçant les effets positifs du facteur de croissance dans le cadre de l'ischémie myocardique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104785 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Binsalamah, Ziyad |
| Contributors | Dominique Shum-Tim (Supervisor1), Satya Prakash (Supervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Surgery) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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