Effect of intramyocardial injection of allogeneic biomaterial on the exercise tolerance after destructive injury to the heart muscle (experimental study)

Introduction. The low regenerative potential of the heart prevents replacing dead cardiomyocytes with new cells. It has been shown that cell-free allogeneic biodegradable material (ABM) can increase the efficiency of reparative processes in myocardium and improve its structural and functional state. However, how the physical training capabilities change against this background has not been practically studied. Aim. To evaluate exercise tolerance in rats after the use of ABM. Material and methods. The work was performed on Wistar rats. Myocardial damage was caused by coronary occlusion (CO) and cryodestruction (CD) of the left ventricle apex of the heart. ABM was injected into the CO zone and along the perimeter of the myocardium affected area during CD. Animals with myocardial damage were included in control groups. Rats with myocardial damage and ABM injection constituted the experimental groups. Rats were taken into the experiment 45 days after ABM injection. The physical tolerance of rats was measured using the forced swimming test. Results. It has been shown that the swimming time of rats with СO by 62.5 % and with CD by 37.5 % (p<0.05) is less compared to similar indicators for these animals in the initial (intact) state, which indicates a significant decrease in their exercise tolerance in myocardial damage. Animals with CO or CD on the background of intramyocardial injection of ABM showed 33 % and 48 % longer swimming during the test, respectively. The increase in exercise tolerance of rats against the background of the ABM administration was accompanied by the improvement in the morphometric parameters of the heart. Conclusion. The effect of ABM intramyocardial injection on the endogenous mechanisms of cardiac muscle regeneration is effective and functionally significant.

1. Попов С.В., Рябов В.В., Суслова Т.Е. и др. Фундаментальные и прикладные аспекты клеточных технологий в кардиологии и кардиохирургии // Бюлл. Сиб. отделения РАМН. – 2008. – Т. 28, № 4. – С. 5–15. [Popov SV, Ryabov VV, Suslova TE, Shtatolkina MA, Vesnina ZhV, Krylov AL, Afanasyev SA, Markov VA, Karpov R with Fundamental and applied aspects of cell technologies in cardiology and cardiac surgery. Bull Sib Branch RAMS. 2008;28(4):5-15. (In Russ.)].

2. Болдырева М.А., Зубкова Е.С., Белоглазова И.Б. и др. Повышение эффективности терапевтического ангиогенеза при сочетании генной и клеточной терапии // Технол. живых систем. – 2016. – Т. 13, № 8. – С. 43–54. [Boldyreva MA, Zubkova ES, Beloglazova IB, Ratner EI, Sukhareva OYu, Akopyan ZhA, Shestakova MV, Parfyonova EV. Increasing the efficiency of therapeutic angiogenesis when combining gene and cell therapy. Technol Living Systems. 2016;13(8):43-54. (In Russ.)].

3. Зорин В.Л., Зорина А.И., Черкасов В.Р. Анализ зарубежного рынка регенеративной медицины // Гены и клетки. – 2009. – Т. 4, №3. – С. 68–78. [Zorin VL, Zorina AI, Cherkasov VR. Analysis of the foreign market for regenerative medicine. Genes and cells. 2009;4(3):68-78. (In Russ.)].

4. Афанасьев С.А., Кондратьева Д.С., Лебедева А.И. и др. Функциональное состояние миокарда после использования аллогенного бесклеточного материала для стимуляции его регенеративных возможностей при экспериментальном инфаркте // Росс. кардиол. журн. – 2018. – № 3. – С. 56–60. [Afanasiev SA, Kondratieva DS, Lebedeva AI, Muslimov SA, Popov SV. Functional state of the myocardium after the use of allogeneic cell-free material to stimulate its regenerative capabilities during experimental infarction. Russ J Cardiol. 2018;(3):56-60. (In Russ.)]. Doi: 10.15829/1560-4071-2018-3-71-75.

5. Лебедева А.И., Афанасьев С.А., Гареев Е.М. и др. Улучшение структуры миокарда после развившегося фиброзного перерождения в условиях применения аллогенного биоматериала // РРЛС. – 2023. – Т. 12, № 3. – С. 202–211. [Lebedeva AI, Afanasyev SA, Gareev EM, Kondratyeva DS, Musina LA, Popov SV, Prusakov AV, Yashin AV, Ponamarev VS, Radnatarov VD. Improving the structure of the myocardium after developed fibrous degeneration under the conditions of using allogeneic bio-material. Drug development & registration. 2023;12(3):202-211. (In Russ.)]. Doi: 10.33380/2305-2066-2023-12-3-202-211.

6. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М. и др. Экспрессия металлопротеиназ и их ингибиторов в ишемизированном миокарде после применения аллогенного биоматериала // Росс. кардиол. журн. – 2018. – Т. 23, № 7. – С. 73–79. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Gareev EM, Popov SV, Afanasyev SA, Kondratyeva DS. Expression of metalloproteinases and their inhibitors in ischemic myocardium after the use of allogeneic biomaterial. Russ J Cardiol. 2018;23(7):73-79. (In Russ.)]. Doi: 10.15829/1560-4071-2018-7-73-79.

7. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М. и др. Экспериментальный кардиомиогенез в условиях применения различных доз аллогенного биоматериала // Бюлл. эксперим. биол. и мед. – 2018. – Т. 165, № 6. – С. 753–757. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Gareev EM, Popov SV, Afanasyev SA, Kondratyeva DS. Experimental cardiomyogenesis under conditions of using various doses of allogeneic biomaterial. Bull Experim Biol Med. 2018;165(6):753-757. (In Russ.)].

8. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Мусина Л.А. Морфологические аспекты регенеративного потенциала ишемически поврежденного миокарда, после применения аллогенного биоматериала // Биомедицина. – 2016. – № 2. – С. 32–43. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Musina LA. Morphological aspects of the regenerative potential of an ischemically damaged myocardium, after the use of an allogeneic biomaterial. Biomedicine. 2016.(2):32-43. (In Russ.)]

9. Лебедева А.И., Афанасьев С.А., Гареев Е.М. и др. Улучшение структуры миокарда после развившегося фиброзного перерождения в условиях применения аллогенного биоматериала // РРЛС. – 2023. – Т. 12, № 3. – C. 202–211. [Lebedeva AI, Afanasyev SA, Kondratyeva DS, Gareev EM, Muslimov SA, Popov SV. Correction of cicatricial changes in subacute stage of myocardial infarction with using of dispersed allogenic biomaterial. Russ J Cardiol. 2023;12(3):202-211. (In Russ.)]. Doi: 10.15829/1560-4071-2019-7-68-74.

10. Разработка методики оценки физической выносливости мелких лабораторных животных для изучения адаптогенной активности некоторых лекарственных препаратов / Каркищенко В.Н., Капанадзе Г.Д., Деньгина С.Е., Станкова Н.В. // Биомедицина. – 2011. – № 1. – C. 72–74. [Karkishchenko VN, Kapanadze GD, Dengina SE, Stankova NV. Development of a methodology for assessing the physical endurance of small laboratory animals to study the adaptogenic activity of certain drugs. Biomedicine. 2011;(1):72-74. (In Russ.)].

11. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М. и др. Стимуляция аутологичных прогениторных и коммитированных клеток в ишемически поврежденном миокарде // Росс. кардиол. журн. – 2018. – Т. 23, № 11. – С. 123–129. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Gareev EM, Popov SV, Afanasiev SA. Stimulation of autologous progenitorial and committed cells in ischemically damaged myocardium. Russ J Cardiol. 2018;23(11):123-129. (In Russ.)]. Doi: 10.15829/1560-4071-2018-11-123-129.

12. Стимуляция регенерации миокарда аллогенным биоматериалом / Мусина Л.А., Муслимов С.А., Шангина О.Р., Сулкина Я.В. // Ученые записки СПбГМУ им. академика И.П. Павлова. – 2011. – Т. 18, № 2. – C. 94–95. [Musina LA, Muslimov SA, Shangina OR, Sulkina YV. Stimulation of myocardial regeneration with allogeneic biomaterial. The Scientific Notes of the Pavlov University. 2011;18(2):94-95. (In Russ.)].

13. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Попов С.В. и др. Экспрессия металлопротеиназ и их ингибиторов в ишемизированном миокарде после применения аллогенного биоматериала // Росс. кардиол. журн. – 2018. – Т. 23, № 7. – С.73– 79. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Popov SV, Afanasyev SA, Kondratyeva DS. Expression of metalloproteinases and their inhibitors in ischemic myocardium after the use of allogeneic biomaterial. Russ J Cardiol. 2018;23(7):73-79. (In Russ.)]. Doi: 10.15829/1560-4071-2018-7-73-79.

14. Лебедева А.И., Муслимов С.А., Гареев Е.М. и др. Макрофаги как регуляторы гомеостаза миокарда после его ишемического повреждения в условиях применения аллогенного биоматериала // Бюлл. Сиб. мед. – 2020. – Т. 19, № 1. – С. 67–76. [Lebedeva AI, Muslimov SA, Gareev EM, Afanasyev SA, Kondratyeva DS, Popov SV. Macrophages as regulators of myocardial homeostasis after ischemic damage in conditions of use of allogeneic biomaterial. Bull Sib Med. 2020;19(1):67-76. (In Russ.)].