Human saphenous vein organ culture under controlled hemodynamic conditions

INTRODUCTION: Saphenous vein grafting is still widely used to revascularize ischemic myocardium. The effectiveness of this procedure is limited by neointima formation and accelerated atherosclerosis, which frequently leads to graft occlusion. A better understanding of this process is important to clarify the mechanisms of vein graft disease and to aid in the formulation of strategies for prevention and/or therapeutics. OBJECTIVE: To develop an ex vivo flow system that allows for controlled hemodynamics in order to mimic arterial and venous conditions. METHODS: Human saphenous veins were cultured either under venous (flow: 5 ml/min) or arterial hemodynamic conditions (flow: 50 ml/min, pressure: 80 mmHg) for 1-, 2- and 4-day periods. Cell viability, cell density and apoptosis were compared before and after these intervals using MTT, Hoeschst 33258 stain, and TUNEL assays, respectively. RESULTS: Fresh excised tissue segments were well preserved prior to the study. Hoechst 33258 and MTT stains showed progressive losses in cell density and cell viability in veins cultured under arterial hemodynamic conditions from 1 to 4 days, while no alterations were observed in veins cultured under venous conditions. Although the cell density from 1-day cultured veins under arterial conditions was similar to that of freshly excised veins, the TUNEL assay indicated that most of these cells were undergoing apoptosis. CONCLUSION: The results observed resemble the events taking place during early in vivo arterial-vein grafting and provide evidence that an ex vivo perfusion system may be useful for the identification of new therapeutic targets that ameliorate vein graft remodeling and increase graft patency over time.

Aumento da IL-1beta no processo de arterialização de enxertos venosos utilizando modelos ex vivo, in vitro e in vivo / Increased IL-1beta during vein grafts arterialization: study of ex vivo, in vitro and in vivo models

A revascularização cardíaca utilizando a ponte de safena é um procedimento bastante comum usado para restabelecer o fluxo coronariano. O sucesso do implante depende da adaptação do vaso que estava em um regime hemodinâmico venoso, e passa subitamente para um regime arterial. Durante este processo adaptativo, ocorrem diversas alterações moleculares cujo conhecimento pode fornecer alternativas de melhoramento da patência dos enxertos venosos em leito arterial. Neste trabalho está sendo investigada a regulação da IL-1beta tanto em veia safena humana como em modelo animal de arterialização venosa. A IL-1beta mostrou-se aumentada em veia safena humana arterializada tanto in vivo como ex vivo. Interessantemente, este aumento observado nos dias iniciais (1-5 dias) parece diminuir em tempos mais tardios (1-4 anos). Em modelo de arterialização de rato foi observado aumento de 12 vezes na expressão da IL-1beta após o primeiro dia de arterialização com diminuição posterior, mantendo-se em torno de 2 vezes maior em comparação a veia jugular normal. Além da regulação temporal da IL-1beta, foram também acompanhadas as alterações morfológicas que ocorrem durante o processo de arterialização venosa. Observou-se uma redução gradual de células musculares lisas (SMC) que quase desaparecem 3 dias após a cirurgia. Esta perda celular pode estar relacionada ao pico de apoptose observado já no primeiro dia de arterialização. Após 7 dias as SMC reaparecem, porém, de maneira ainda desorganizada. Concomitante com o reaparecimento das SMC observou-se progressivo espessamento da camada média, assim como surgimento de uma camada neoíntima. A IL-1beta, devido ao seu padrão de regulação assim como sua localização durante o processo de arterialização, pode estar relacionada com as alterações estruturais verificadas na arterialização do enxerto. Estratégias de intervenção modulando a atividade da IL-1beta poderão fornecer indicativos da sua participação no remodelamento do enxerto venoso...

The vein graft is subjected to increased tensile stress and the complex adaptive vein response to the arterial hemodynamic condition may predispose to bypass failure in some individuals. The understanding of molecular changes underlying this process may be useful for the development of novel therapeutical interventions to increase the vein graft patency. In this work, we investigated the early effect of arterialization on the expression of IL-1beta gene in human saphenous vein and the time-course regulation in rat arterialization model. IL-1beta is upregulated in early stage of human saphenous vein arterialization in vivo and ex vivo. This increase is also observed in arterialized rat jugular vein which showed IL-1beta expression 12 times higher on day 1 compared to normal jugular vein. Later, the IL-1beta levels decreases and maintain the level about twice above normal jugular vein. Moreover, it is observed gradual reduction of smooth muscle cells (SMC), which almost disappeared on the 3rd day after surgery. Apoptosis, which is markedly increased on the 1st day, appears to be an important event during this process. At the 7th day, cellular density and SMC proliferation gradually increased till the 90th day. There was a gradual thickening of the medial layer and formation of neointima with deposition of SMC in the subendotelial layer from day 7 on. Initially the medial layer appeared disorganized, day 7 to 14, then by day 28 it became more organized and the presence of an intimal layer with SMCs was evident. The neointimal layer increased gradually from day 7 on. These results provide evidence that the modulation of IL-1beta activity may be an interesting target to be explored I the future to increase the vein graft patency. Altogether, we demonstrate that the model of arterialization of venous segment in rat reproduces several of the morphological changes described in the venous graft disease in humans and thus will be useful in characterization...

Ação inibitória da Interleucina - 1ß sobre a proliferação de células musculares lisas cultivadas a partir de veias safenas humanas / Inhibitory action of the Interleukin 1ß over the cellular proliferation of smooth muscle cells cultivated from human saphenous veins

INTRODUÇAO: A veia safena é um enxerto coronário eficiente. Porém, sua patência pode ser limitada por desenvolvimento de aterosclerose. Estudos experimentais "ex vivo", por nós realizados anteriormente, demonstraram apoptose (ensaio de TUNEL) em veias safenas humanas cultivadas sob pressão arterial por 24 horas. Nessas veias safenas, a expressão gênica da Interleucina-1ß avaliada por RT-PCR em tempo real, também mostrou-se elevada. Não há ainda consenso sobre a ação moduladora das citocinas sobre proliferação/apoptose das células musculares lisas das veias safenas. OBJETIVO: Avaliar a influência da Interleucina -1ß na proliferação inicial de cultura de células primárias de músculo liso de veia safena humana. MÉTODO: Foram cultivadas células primárias de músculo liso de seis diferentes veias safenas humanas (em triplicata). O meio de cultura foi o DMEM, suplementado com 10 por cento de soro fetal bovino. O grupo controle não recebeu Interleucina - 1ß. Nos demais grupos, as células cultivadas receberam, respectivamente, 0,1; 1; 10 e 100 ng/mL de Interleucina - 1ß. A proliferação celular foi avaliada através da quantificação de timidina triciada [ H], incorporada às células recém-proliferadas. RESULTADOS: O tratamento com Interleucina - 1ß diminuiu a proliferação celular, a saber: Grupo controle (sem Interleucina - 1ß): definiu-se esse grupo como apresentando 100±4,5 por cento de proliferação celular. Nos demais grupos, a quantidade de Interleucina - 1ß administrada e a proliferação celular aferida foram, respectivamente, 0,1 ng/mL:112±0,7 por cento; 1 ng/mL:83,8±4,7 por cento; 10 ng/mL:69,1±3,8 por cento; 100 ng/mL:67,3±10,9 por cento; (p<0,01). CONCLUSÕES: Estes resultados indicam que a administração de quantidade crescente de Interleucina - 1ß inibe a proliferação de células primárias de músculo liso, cultivadas a partir de veias safenas humanas. Isso sugere que o processo de apoptose, observado já em fase precoce (um dia) de exposição do enxerto venoso a regime pressórico arterial, pode estar relacionado à ação dessa citocina.

Alterações estruturais e moleculares (cDNA) precoces em veias safenas humanas cultivadas sob regime pressórico arterial / Precocious structural and molecular (cDNA) changes in the human saphenous veins cultivated under arterial hemodynamic conditions

OBJETIVO: A veia safena (VS) empregada na revascularização do miocárdio (RM) fica submetida a estresse tênsil elevado e contínuo. Sua resposta adaptativa à nova condição hemodinâmica pode predispor à oclusão do enxerto. Este trabalho visou verificar as alterações estruturais precoces e moleculares (cDNA) entre VS humanas submetidas a baixo regime pressórico versus condições hemodinâmicas sistêmicas. MÉTODO: Quarenta segmentos de VS foram cultivados "ex-vivo" sob condição hemodinâmica venosa (CHV) (sem pressão, fluxo:5 ml/min) e sob condição hemodinâmica arterial (CHA) (pressão: 80mmHg, fluxo:50mL/min). Foram analisadas: viabilidade celular (coloração MTT), densidade celular (coloração hoechst 33258) e apoptose (ensaio TUNEL), antes e um, dois e quatro dias após o procedimento. Determinamos alvos moleculares alterados precocemente nas veias cultivadas sob condição arterial, através da análise "cDNA microarray" de segmentos das VS. A busca desses alvos foi realizada através de pool homogeneizado do RNA desses segmentos venosos, interagindo por homologia em lâmina contendo 16000 genes humanos pré-determinados (Agilent Technologies slide). Os genes com expressão alterada foram certificados por PCR em tempo real, em veias de 16 diferentes indivíduos. RESULTADOS: Houve diminuição gradual da densidade celular e da viabilidade tecidual nas VS cultivadas mediante CHA, enquanto nenhuma alteração ocorreu quando a veia foi cultivada até quatro dias na CHV. No grupo sob CHA houve sinais de processo apoptótico celular (TUNEL-positivo) já a partir do 1° dia de cultivo, o que não ocorreu no outro grupo. A densidade celular das veias sob regime arterial, decorridas 24h de cultivo, era similar à das amostras frescas das mesmas, mas inúmeras células já apresentavam indícios de processo apoptótico. Os alvos moleculares mais alterados(de acordo com o PCR em tempo real) e selecionados para pesquisa foram o Oncogene 3 e a Interleucina 1ß. A expressão do Oncogene 3 estava elevada em 11 (68,7 por cento) das veias cultivadas sob regime arterial, enquanto observou-se aumento da expressão da Interleucina 1ß em nove (56,2 por cento) desses segmentos venosos (p<0,05). CONCLUSÃO: O modelo de estudo "ex vivo" permitiu mimetizar os eventos iniciais sofridos "in vivo" pela VS utilizada na RM. No grupo CHA houve perda de viabilidade precoce das células (apoptose) e elevação significativa nas expressões gênicas do Oncogene 3 e da Interleucina 1ß. O seguimento em longo prazo desses...