Transforming the Promise of Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes to a Therapy: Challenges and Solutions for Clinical Trials

Author:

Andrew B.J. Prowse  Nicholas E. Timmins  Terrence M. Yau  Ren-Ke Li  Richard D. Weisel  Gordon Keller  Peter W. Zandstra  

Journal:

Canadian Journal of Cardiology

Issue Date:

2014

Abstract(summary):

Abstract Despite advances in coronary artery disease treatment and prevention, myocardial damage due to acute myocardial infarction (MI) remains a major cause of morbidity and mortality in the population. Cell-based clinical trials to treat MI have focused on cells derived from the bone marrow or those potentially possessing functional similarities such as skeletal myoblasts or cardiac progenitors isolated from heart biopsies. Any benefits provided by these cells in improving heart function, left ventricular ejection fraction, or extending life expectancy after MI have been credited mostly to paracrine effects. Functional restoration of damaged myocardium will require a functional cell type with similar phenotype and characteristics of the damaged tissue that can also integrate, survive, and electrically couple to the host. Human pluripotent stem cells (hPSCs) have the ability to differentiate into multiple cell types of the adult body. hPSC-derived cardiomyocytes represent a promising target population for cell-based therapies for MI because they are scalable and the product can be defined with a specific set of release criteria. The purpose of this article is to review the rationale for cell therapy in heart disease, discuss the properties of hPSC cardiomyocytes that define their usefulness for regenerative therapy, consider manufacturing issues and preclinical investigation, and finally examine the steps required to establish effective clinical implementation. Pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte-based therapies have enormous potential to revolutionize the management of heart disease; expedient but careful development is needed to ensure that this potential is fully realized. Résumé En dépit des avancées dans le traitement et la prévention de la coronaropathie, les atteintes myocardiques dues à l’infarctus du myocarde (IM) aigu demeurent une cause majeure de morbidité et de mortalité dans la population. Les essais cliniques sur la thérapie cellulaire après l’IM ont mis l’accent sur les cellules dérivées de la moelle osseuse ou de celles possédant potentiellement des similarités fonctionnelles telles que les myoblastes squelettiques ou les progéniteurs cardiaques isolés provenant des biopsies du cœur. Tous les avantages que fournissent ces cellules à l’amélioration de la fonction cardiaque, à la fraction d’éjection ventriculaire gauche ou à l’allongement de l’espérance de vie après l’IM ont principalement été attribués aux effets paracrines. La restauration fonctionnelle du myocarde endommagé nécessitera un type de cellules fonctionnelles possédant un phénotype similaire et des caractéristiques du tissu endommagé qui pourront également s’intégrer, survivre et se coupler électriquement à l’hôte. Les cellules souches pluripotentes induites par l’humain (CSPih) ont la capacité de se différencier en divers types de cellules du corps adulte. Les cardiomyocytes dérivés des CSPih représentent une population cible prometteuse pour les thérapies cellulaires après l’IM parce qu’ils sont évolutifs et que le produit peut être défini par un ensemble spécifique de critères de relâchement. Le but de cet article est de passer en revue les fondements de la thérapie cellulaire dans la cardiopathie, de traiter des propriétés des cardiomyocytes dérivés des CSPih qui définissent leur utilité dans la thérapie régénératrice, de considérer les problèmes de fabrication et la recherche préclinique, et finalement d’examiner les étapes nécessaires à une mise en œuvre clinique efficace. Les thérapies ayant recours aux cardiomyocytes dérivés des cellules souches pluripotentes ont l’énorme potentiel de révolutionner la prise en charge de la cardiopathie; un développement rapide, mais prudent, est nécessaire pour garantir la pleine réalisation de ce potentiel.

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