uva-dare (digital academic repository) the inflammatory … · t‐wave inversion4, 10) or an...

15
UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam (https://dare.uva.nl) UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory response in myocarditis and acute myocardial infarction Emmens, R.W. Publication date 2016 Document Version Final published version Link to publication Citation for published version (APA): Emmens, R. W. (2016). The inflammatory response in myocarditis and acute myocardial infarction. General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: https://uba.uva.nl/en/contact, or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. Download date:14 Apr 2021

Upload: others

Post on 29-Oct-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam (https://dare.uva.nl)

UvA-DARE (Digital Academic Repository)

The inflammatory response in myocarditis and acute myocardial infarction

Emmens, R.W.

Publication date2016Document VersionFinal published version

Link to publication

Citation for published version (APA):Emmens, R. W. (2016). The inflammatory response in myocarditis and acute myocardialinfarction.

General rightsIt is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s)and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an opencontent license (like Creative Commons).

Disclaimer/Complaints regulationsIf you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, pleaselet the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the materialinaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: https://uba.uva.nl/en/contact, or a letterto: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. Youwill be contacted as soon as possible.

Download date:14 Apr 2021

Page 2: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

9  

Chapter 1 

 

General Introduction 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

10  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

11  

INTRODUCTION 

  

Worldwide  cardiovascular  disease  (CVD)  is  a  major  cause  of  mortality  and 

morbidity,  in which acute myocardial  infarction  (AMI)  is playing an  important 

role.  Over  the  years  it  has  become  clear  that  myocarditis,  an  inflammatory 

condition of the heart mostly related to a viral infection, is playing a considerable 

role  in CVD morbidity  and mortality  as well.    In  both myocarditis  and AMI, 

inflammation  is  essential  in  the  development  of  the  disease,  but  also  in  its 

outcome. This  thesis  encompasses  eight  original  studies  related  to myocarditis 

and AMI.  The  aim  of  this  general  introduction  section  is  to  give  a  summarized 

overview of myocarditis and AMI and to provide the rationale for each study. 

 

MYOCARDITIS 

 

The  term  ‘myocarditis’  literally means  ‘inflammation  (‐itis) of  the heart muscle 

(myocardium)’. Myocarditis as a clinical entity  is a cardiomyopathy  (disease of 

the  myocardium  associated  with  cardiac  dysfunction),  and  in  the  context  of 

cardiomyopathies is categorized as ‘inflammatory cardiomyopathy’.1 Myocarditis 

is  primarily  recognized  by  its  distinct  histopathological  appearance  in  the 

myocardium,  which  was  defined  by  Aretz  et  al.  as:  ‘Inflammatory  infiltrates 

within  the myocardium  associated with myocyte degeneration  and necrosis  of 

non‐ischaemic  origin’.2  In Western  Europe  and North America, myocarditis  is 

most often caused by a viral infection (viral myocarditis), although a wide array 

of  other  aetiologies  have  been  described,  including  bacterial  infection,  fungal 

infection, protozoal infection, stress, hypersensitivity reactions, metal poisoning, 

adverse  drug  reactions  and  autoimmune  disorders.3‐5  This  wide  array  of 

aetiologies  also  results  in  several  distinctive  patterns  of  inflammatory  cell 

infiltrations of the heart, by which myocarditis is often subcategorized.  

 

Disease progression of viral myocarditis 

Viral myocarditis is not only the most common form of myocarditis, but also the 

most  widely  investigated.  It  is  generally  accepted  that  both  environmental  

(culprit virus) and genetic  factors  influence  the way viral myocarditis manifests 

itself, although the precise underlying mechanisms are not yet fully determined. 3, 6 Coxsackievirus B3 (CVB3) is one of the more common viruses associated with 

myocarditis.3 CVB3‐induced myocarditis is a widely used mouse model to study 

disease mechanisms  of  viral myocarditis.  A  simplified  representation  of  viral 

myocarditis,  largely  based  on  knowledge  from  CVB3‐induced  myocarditis 

models3, 7, 8,  is  displayed  in  figure  1.  In  the  acute  phase,  viral  infiltration  and 

replication occurs in the myocardium, resulting in cell death of cardiomyocytes, 

although  this  can  be  quite  limited.  This  triggers  activation  of  macrophages, 

followed  by  infiltration  of  natural  killer  cells  and  lymphocytes  (the  subacute 

phase), after which the virus and the necrotic cardiomyocytes are eliminated.  

Page 5: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

12  

 Figure 1. Simplified schematic representation of the disease course of viral myocarditis  

 

In  patients,  several  clinical  scenarios  are  known  to  follow  after  the  (sub)acute 

phase of viral myocarditis.5  

  In some patients, the inflammation subsides following viral clearance and 

the myocardium restores to its normal situation (recovery). In other patients, the 

virus does not get cleared, resulting in a chronic viral infection (viral persistence). 

Finally,  in some patients molecular mimicry occurs. Here, antibodies created  to 

bind  viral  proteins  cross‐react  with  endogenous  cardiac  proteins  such  as  α‐

myosin,  resulting  in  a  chronic  autoimmune  response  targeting  cardiomyocytes 

(autoimmune  myocarditis).9  Viral  persistence  and  autoimmune  myocarditis 

phases can result in several different clinical complications (see below).  

Diagnosis of myocarditis 

Myocarditis  is  a  notoriously  difficult  condition  to  diagnose.  The  clinical 

symptoms vary greatly per patient, ranging from asymptomatic disease to heart 

Page 6: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

13  

failure  symptoms  such  as  chest pain, palpitations,  exercise  intolerance,  fatigue 

and shortness of breath. Often, symptoms suggestive of viral infection are found, 

including fever, muscle /  joint pain and respiratory symptoms.4 Myocarditis can 

also result  in alterations of  the electrocardiogram  (ECG: usually ST‐elevation or 

T‐wave  inversion4, 10)  or  an  increase  in  serological  markers  (f.i.  Cardiac 

Troponins11, 12).  However,  ECG  and  serology  lack  sufficient  sensitivity  and 

specificity to provide a clear diagnosis of myocarditis.  

  Cardiac magnetic  resonance  imaging  (CMR)  is becoming a  standardized 

part  of  the  diagnostic  process  for  myocarditis.  Combining  different  CMR 

techniques  (T2‐weighted  imaging,  late  gadolinium  enhancement  and  global 

relative enhancement) has been demonstrated to diagnose myocarditis with 85% 

accuracy.13 Even  though CMR  is a  rapidly advancing  field,  there are  still  some 

limitations.  For  instance,  borderline myocarditis  (an  increase  of  inflammatory 

cells without cardiomyocyte damage or a limited increase of inflammatory cells) 

is difficult  to detect using CMR.14 Therefore,  analysing  cardiac  tissue  samples, 

obtained via an endomyocardial biopsy  (EMB), remains  the golden standard  to 

determine  the underlying cause of  the disease.14 Current guidelines  require >14 

inflammatory  cells  per  mm2  tissue  to  confirm  myocarditis.15  However, 

inflammatory  cells  are  often  present  in  the myocardium  as  focal  pockets  and 

random  tissue  samples  may  miss  such  pockets,  resulting  in  a  false  negative 

diagnosis.  Furthermore,  EMB  is  an  invasive  procedure  with  the  risk  of 

complications  like  ventricular wall perforation,  arrhythmia  and damage  to  the 

heart valves.16 Several case  reports have demonstrated  that cardiotropic viruses 

can  infect not only cardiac but also  skeletal muscle  tissue.17, 18  In chapter 2, we 

have  investigated  quadriceps muscle  tissue  analysis  as  alternative  for  EMB  in 

lymphocytic myocarditis patients. 

 

Clinical complications of myocarditis 

Inflammatory damage  to  the myocardium as result of myocarditis can result  in 

different  complications. On  the  long  term  it might  result  in  a  so‐called dilated 

cardiomyopathy (DCM).19 In DCM, the loss of cardiomyocytes and the coinciding 

increase  in  cardiac  fibrosis  is  so  extensive  that  it  results  in  a  decreased 

contractility of the heart and thus heart failure.20 Despite advances in heart failure 

therapeutics, DCM remains a common cause for cardiac transplantation,21 with a 

population‐wide transplant‐free survival rate after 4 years of 88%.22 

A more acute complication of myocarditis is sudden cardiac death (SCD). SCD is 

defined as a death that occurs within one hour of symptom onset. Especially  in 

young patients (<35 years old), myocarditis is a common cause of SCD.23 SCD is 

mostly attributed to ventricular arrhythmia,24 although it has also been related to 

atrial  fibrillation  (AF).25  It  is unknown however what  the mechanisms  are  that 

underlie  the  incidence  of  AF  in  myocarditis  patients.  In  chapter  3,  we  have 

studied  atrial  inflammation  in  myocarditis  patients  as  a  possible  underlying 

cause of AF. 

Page 7: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

14  

Treatment of myocarditis 

Treatment of myocarditis is dependent on the clinical symptoms of the particular 

patient. Patients with heart‐failure  symptoms are  treated with a  standard heart 

failure  treatment  regimen,  which  usually  consist  of  angiotensin  converting 

enzyme (ACE) inhibitors and beta(β)‐blockers.26 ACE inhibitors inhibit the renin‐

angiotensin system, which results in reduced activity of the sympathetic nervous 

system,  vasoconstriction  and  a  reduction  in  adverse  cardiac  remodeling.27  β‐

blockers block adrenergic  stimulation of beta‐adrenergic  receptors  in  the heart, 

resulting in a decreased heart rate.28 Acute myocarditis patients with ventricular 

arrhythmia  or  AF  are  treated  according  to  standardized  anti‐arrhythmogenic 

treatment protocols.29, 30  Anti‐arrhythmogenic drugs generally interfere with ion 

channels  on  atrial  cardiomyocytes,  increasing  electrical  excitability  and 

prolonging  action  potential  length,  thereby  reducing  the  chance  of  abnormal 

signal transduction across the tissue.   

  Even  though  these  treatment  regimens  serve as a  symptom  reliever and 

prevent  further  decline  of  cardiac  function,  they  do  not  target  the  underlying 

disease.  Therefore,  the  potential  application  of  anti‐inflammatory  therapy  in 

myocarditis patients is a widely researched topic. Lymphocyte inhibitors such as 

prednisone  and  azathioprine  have  shown  promising  results  in  clinical  trials. 

However,  the  efficacy  of  these  compounds  is  largely  diminished  when 

myocarditis  is  accompanied  by  an  ongoing  viral  infection.31‐33  An  anti‐

inflammatory agent that can be applied despite an ongoing viral infection would 

be highly beneficial for the management of myocarditis.  

Clinical  trials  on  pericarditis,  a  disease  which  is  also  often  caused  by  viral 

infection,34 have indicated that colchicine is an effective treatment in pericarditis 

patients.35  Colchicine  prevents  polymerisation  of  microtubules,  thereby 

interfering  both  with  inflammatory  cell  migration  across  the  endothelial  cell 

barrier, as well as the release of inflammatory cytokines from macrophages.36 In 

chapter 4, we have studied whether colchicine is also effective in the treatment of 

acute CVB3‐induced myocarditis in mice. 

 

 

ACUTE MYOCARDIAL INFARCTION 

 

In  Europe,  acute  myocardial  infarction  (AMI)  is  responsible  for  20%  of  all 

deaths.37  In  AMI,  part  of  the  coronary  circulation  is  obstructed,  resulting  in 

cardiac ischemia. This is usually caused by thrombus formation in one or more of 

the  coronary  arteries,  in  majority  triggered  by  the  rupture  of  an  unstable 

atherosclerotic  plaque.38  Alternatively,  the  coronary  circulation  can  also  be 

dysfunctional as result of vasospasm or coronary embolism.39 

 

 

Page 8: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

15  

 Figure  2. A. The  three  histopathological  phases  of AMI.  Lactate  dehydrogenase  decolouration 

(yellow‐brownish areas) showing  ischemia  in the  left ventricle (acute phase). Haematoxylin and 

Eosin staining revealing neutrophil infiltration of the infarcted myocardium (polymorphonuclear 

leukocyte  or  PMN  phase).  Haematoxylin  and  Eosin  staining  showing  replacement  fibrosis 

(granulation tissue) in the infarcted myocardium (chronic phase).  

 

Post‐AMI inflammation and remodelling. 

The histopathological alterations in the human myocardium following AMI have 

been described in detail already in the 1930s.40 Based on histopathology, AMI can 

be divided in three different phases (figure 2A). The acute phase (0‐12 hours after 

AMI) is the period of cardiac ischemia immediately following the occlusion of a 

coronary  artery.  In  the  core  of  the  ischemic  area  of  the  myocardium, 

cardiomyocytes  become  irreversibly  damaged,  forming  a  necrotic  infarct  core. 

Blood supply to the ischemic areas can be restored with reperfusion therapy (see 

following  section) or  it  restores naturally due  to  the  outgrowth of pre‐existing 

collateral arteries (arteriogenesis),41 or by natural thrombolysis.42 This restoration 

of blood flow coincides with extravasation of inflammatory cells, which infiltrate 

the  infarcted  area.  Initially,  the  inflammatory  infiltrate  consists  of  neutrophils. 

Later on monocytes/macrophages and  lymphocytes also appear. The neutrophil 

infiltration hallmarks the start of the polymorphonuclear leukocyte (PMN) phase 

(12 hours – 5 days after AMI). The  inflammatory response of the PMN phase  is 

needed  for  clearance  of  necrotic  cell  debris  and  the  initiation  of  reparative 

pathways. However,  simultaneously  the  inflammatory  response  also  results  in 

enlargement  of  the  necrotic  infarct  core  partly  through  production  of  reactive 

oxygen  species  and  lytic  enzymes,  and  via  pro‐inflammatory  changes  of  the 

plasma membrane of cardiomyocytes, which especially occurs in the border zone 

of the infarction area, and as such increases the area of cell death (figure 2B).43  

In  the  chronic  phase  (5‐14  days  after  AMI),  the  inflammation  subsides  and 

cardiac  fibroblasts  turn  into  myofibroblasts,  producing  extracellular  matrix 

proteins  that  stimulates  the  formation  of  a  collagen  scar  in  the  regions  of 

cardiomyocyte loss.44 

 

 

 

Page 9: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

16  

Treatment of acute myocardial infarction 

An important aspect of post‐AMI treatment is reperfusion therapy, which limits 

the  ischemic damage  to  the myocardium. Artificial reperfusion can be achieved 

either  by  enzymatically  dissolving  the  blocking  thrombus  (thrombolytic 

therapy45), mechanical  clearance  of  the  obstruction  (coronary  angioplasy46)  or 

creating  a  bypass  around  the  obstruction  (coronary  artery  bypass  grafting47). 

Although  developments  in  reperfusion  therapies  have  decreased  AMI‐related 

mortality, heart failure remains a common complication of AMI at present day.48 

As post‐AMI inflammation results in infarct size expansion and an increased risk 

of post‐AMI complications such as heart failure, a  large amount of research has 

been  carried  out  on  inhibiting  post‐AMI  inflammation  as  therapeutic  strategy. 

Anti‐inflammatory therapy is not yet part of common clinical practice, although a 

number of  therapeutic  compounds have been  studied  thus  far  in  clinical  trials. 

These  include glucocorticoids  (inhibits NF‐κB and MAPK‐mediated production 

of pro‐inflammatory cytokines), non‐steroidal anti‐inflammatory drugs (NSAIDs, 

inhibit Cyclooxygenase‐2‐mediated production  of pro‐inflammatory  cytokines), 

disabling  antibodies  targeting  Interleukin(IL)‐1β  or  Tumour  Necrosis 

Factor(TNF)‐α, and inhibitors of the complement system.49 

 

The complement system 

An  important  component  of  the  post‐AMI  inflammatory  response  is  the 

complement  system.  The  complement  system  is  part  of  the  humoral  immune 

response  and  forms  a  cascade  network  consisting  of  over  30  extracellular  and 

membrane‐bound  proteins.50, 51  Complement  components  are  found  in  the 

necrotic infarct core specifically during the PMN phase (figure 3).52 Complement 

activation  here  appears  to  be  tightly  regulated. We  and  others  have  found C‐

reactive protein, IgM52 (activate the classical complement pathway), C4b‐binding 

protein53 (induces dissociation and decay of C3b and C4b), clusterin, vitronectin 

and C8‐binding protein54, 55 (prevent assembly of the membrane‐attack complex) 

present  in  the  infarcted  human myocardium  at  the  same  time  and  location  as 

complement activation products. Despite the presence of endogenous inhibitors, 

activation of the complement system results in lysis of damaged cardiomyocytes 

through the membrane‐attack complex, and production of anaphylatoxins. In the 

context of AMI, anaphylatoxins (C5a  in particular)  in the  infarcted myocardium 

are  considered  primarily  to  function  as  a  chemoattractant  for  neutrophils, 

stimulate  neutrophil  production  of  reactive  oxygen  species  (ROS)  and  pro‐

inflammatory cytokines and stimulate  leukocyte extravasation by up regulation 

of adhesion molecules on vascular endothelial cells (figure 3).56 

  In  1971,  a  landmark  paper  was  published  which  demonstrated  that 

disabling the complement system significantly decreases AMI‐related damage to 

the  myocardium.57  This  discovery  triggered  a  great  deal  of  interest  in  the 

complement  system  as  possible  therapeutic  target  for  AMI  patients.  While 

showing promising results in animal models, the effect of complement inhibitors  

Page 10: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

17  

 Figure  3.  Simplified  representation  of  the  complement  cascade  (grey  boxes).  Endogenous 

activators  (+)  and  inhibitors  (‐)  coinciding  with  complement  activation  in  the  infarcted 

myocardium are depicted in blue. Effects of the complement cascade in the infarcted myocardium 

are depicted  in  red. Top‐left  image:  Immunohistochemical  staining of  complement  component 

C3d  (brown)  in  the necrotic  infarct  core, while adjacent  tissue  (the border zone)  is negative.  ). 

Image was kindly supplied by dr. PAJ Krijnen. 

 Abbreviations: BZ: Border zone. C4b‐BP: C4b‐binding protein. CRP: C‐reactive protein.  IC: 

Infarct core. IgM: Type M immunoglobulin. MAC: Membrane attack complex. MBL: Mannose‐

binding  lectin.  PMN:  Polymorphonuclear  leukocytes  (neutrophils).  ROS:  Reactive  oxygen 

species.  

 

in  clinical  trials  was  limited.  In  chapter  5,  a  systematic  overview  of  studies 

investigating various complement inhibitors as treatment for AMI in both animal 

models and clinical trials is discussed. 

 

C1‐inhibitor 

One of the complement inhibitors of interest is C1‐inhibitor (C1‐inh). C1‐inh is an 

endogenous plasma protein which  is primarily  synthesized  in hepatocytes, but 

can also be produced by other  cell  types,  including monocytes,  fibroblasts and 

endothelial  cells.58  Besides  inhibiting  complement  activation,  C1‐inh  is  also 

known to inhibit the coagulation system and has been suggested to interfere with 

leukocyte  binding  to  endothelial  cells.59  As  mentioned  above,  a  number  of 

Page 11: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

18  

endogenous  complement  activators  and  inhibitors  have  been  described  to 

coincide  with  complement  in  the  post‐AMI  myocardium,  indicating  their 

involvement in post‐AMI complement regulation. Even though C1‐inh is a well‐

known  complement  inhibitor,  it  has  never  been  investigated  whether 

endogenous C1‐inh would also play a role  in post‐AMI complement regulation. 

In chapter 6 we have studied the production and expression of endogenous C1‐

inh in the heart following AMI.  

  In clinical practice, plasma‐derived human C1‐inh  is used as  therapy  for 

patients  with  hereditary  angioedema  (HAE),  which  is  caused  by  a  genetic 

deficiency  in  functional  C1‐inh.60  C1‐inh  is  administered  in  those  patients 

intravenously.  In  the past  several years  the possibility  of  subcutaneous C1‐inh 

administration was also approached, as this would make it easier for patients to 

self‐administer  C1‐inh.61, 62  For  rodent  models,  subcutaneous  administration 

would also be beneficial, as repeated  intravenous  injections causes considerable 

damage to the tail veins. In chapter 7 we have therefore compared subcutaneous 

C1‐inh administration with intravenous C1‐inh administration in rats.  

 

Acute myocardial infarction and atrial fibrillation  

Similar  to myocarditis  (see  above  section  ‘clinical  complications  of myocarditis’), 

AMI  is  a  known  precursor  of AF.63 Unknown  is whether AMI  coincides with 

atrial  inflammation.  In chapter 8, we have  studied  if AMI coincides with atrial 

inflammation  in  patients. At  the  same  time we  have  studied whether  C1‐inh 

administration would have an effect hereon in a rat AMI model. 

 

Adipose‐derived stem cells 

Reperfusion therapy and anti‐inflammatory drugs can limit post‐AMI damage to 

the myocardium,  but  they  cannot  restore  lost  cardiomyocytes.  In  recent  years 

studies have been published in which the effect of stem cell therapy was analysed 

in AMI. Adipose tissue derived stem cells (ASCs) theoretically have the potential 

to  repair  lost  tissue,64, 65  as  ASCS  can  differentiate  into  cardiomyocytes.66  In 

addition,  ASC  can  secrete  cytokines  that  inhibit  inflammation,  such  as  IL‐10 

(stimulates regulatory T‐lymphocytes) and Galectin1/3 (deactivates inflammatory 

monocytes/macrophages  and  lymphocytes).67  In  addition  , ASCs  can  limit  the 

amount  of  permanently  damaged  myocardium  by  production  of  vascular 

endothelial  growth  factor  (VEGF,  stimulates  neovascularization)  and 

mobilization of local cardiomyocyte progenitor cells.68  

  An unresolved problem  of ASC  therapy  however  is  the  low  amount  of 

ASCs that reach to infarcted myocardium following administration. For this, we 

have previously developed a  technique  called  ‘StemBells’‐technique  (figure 2C). 

For  this, ASCs  are  coupled  to gas‐filled microbubbles. These microbubbles  are 

used  to  target  the ASC‐microbubble complex  to  the  infarct area  in  the heart by 

binding an antibody to the microbubble that is directed against intercellular  

Page 12: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

19  

 Figure  4.  An  adipose‐derived  stem  cell  (ASC)  coated  with  gas‐filled microbubbles  that  bind 

activated  endothelial  cells  (EC)  in  the  infarcted  myocardium  through  Intercellular  Adhesion 

Molecule 1 (ICAM‐1). Image was kindly supplied by dr. LJM Juffermans. 

 

adhesion molecule  1  (ICAM‐1), which  is present  on  activated  endothelial  cells 

and  cardiomyocytes  in  the  infarcted myocardium.69  Theoretically,  in  this way 

more ASCs could  infiltrate  the  infarcted area, and as  such could  improve  stem 

cell therapy of the heart. Even more, using ultrasound, StemBells can be pushed 

against the vessel wall to facilitate binding (acoustic radiation force), via a direct 

effect  on  the  microbubbles.70  We  have  previously  found  that  StemBells 

administered  7  days  post‐AMI  in  rats  improve  post  AMI  heart  function 

(unpublished results). However, administering StemBells at an earlier time point 

(1 day post‐AMI)  theoretically might  result  in  an  additional  anti‐inflammatory 

effect early after AMI. In chapter 9, we have compared the therapeutic efficacy of 

both  time  points  of  StemBell  administration  (1  and  7  days  post‐AMI)  in  a  rat 

model of AMI. 

 

 

References  

1.     Richardson P, McKenna W, Bristow M et al. Report of the 1995 World Health 

Organization/International Society and Federation of Cardiology Task Force on the Definition and 

Classification of cardiomyopathies. Circulation 1996;93:841‐842. 

2.     Aretz HT, Billingham ME, Edwards WD et al. Myocarditis. A histopathologic definition and 

classification. Am J Cardiovasc Pathol 1987;1:3‐14. 

3.     Andreoletti L, Leveque N, Boulagnon C, Brasselet C, Fornes P. Viral causes of human myocarditis. 

Arch Cardiovasc Dis 2009;102: 559‐568. 

4.     Blauwet LA, Cooper LT. Myocarditis. Prog Cardiovasc Dis 2010;52:274‐288. 

5.     Kuhl U, Schultheiss HP. Myocarditis: early biopsy allows for tailored regenerative treatment. Dtsch 

Arztebl Int 2012;109:361‐368. 

6.     Dennert R, Crijns HJ, Heymans S. Acute viral myocarditis. Eur Heart J 2008;29(:2073‐2082. 

7.     Corsten MF, Schroen B, Heymans S. Inflammation in viral myocarditis: friend or foe? Trends Mol 

Med 2012;18:426‐437. 

8.     Esfandiarei M, McManus BM. Molecular biology and pathogenesis of viral myocarditis. Annu Rev 

Pathol 2008;3:127‐155. 

Page 13: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

20  

9.     Reddy J, Massilamany C, Buskiewicz I, Huber SA. Autoimmunity in viral myocarditis. Curr Opin 

Rheumatol 2013;25:502‐508. 

10.     Deluigi CC, Ong P, Hill S et al. ECG findings in comparison to cardiovascular MR imaging in viral 

myocarditis. Int J Cardiol 2013;165:100‐106. 

11.     Lauer B, Niederau C, Kuhl U et al. Cardiac troponin T in patients with clinically suspected 

myocarditis. J Am Coll Cardiol 1997;30:1354‐1359. 

12.     Smith SC, Ladenson JH, Mason JW, Jaffe AS. Elevations of cardiac troponin I associated with 

myocarditis. Experimental and clinical correlates. Circulation 1997;95:163‐168. 

13.     Abdel‐Aty H, Boye P, Zagrosek A et al. Diagnostic performance of cardiovascular magnetic 

resonance in patients with suspected acute myocarditis: comparison of different approaches. J Am 

Coll Cardiol 2005;45:1815‐1822. 

14.     Biesbroek PS, Beek AM, Germans T, Niessen HW, van Rossum AC. Diagnosis of myocarditis: 

Current state and future perspectives. Int J Cardiol 2015;191:211‐219. 

15.     Caforio AL, Pankuweit S, Arbustini E et al. Current state of knowledge on aetiology, diagnosis, 

management, and therapy of myocarditis: a position statement of the European Society of 

Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. Eur Heart J 2013;34:2636‐

2648d. 

16.     Yilmaz A, Kindermann I, Kindermann M et al. Comparative evaluation of left and right ventricular 

endomyocardial biopsy: differences in complication rate and diagnostic performance. Circulation 

2010;122:900‐909. 

17.     Arbustini E, Porcu E, Bellini O et al. Enteroviral infection causing fatal myocarditis and subclinical 

myopathy. Heart 2000;83:86‐90. 

18.     Kumar K, Guirgis M, Zieroth S et al. Influenza myocarditis and myositis: case presentation and 

review of the literature. Can J Cardiol 2011;27:514‐522. 

19.     Mason JW. Myocarditis and dilated cardiomyopathy: an inflammatory link. Cardiovasc Res 

2003;60:5‐10. 

20.     Jefferies JL, Towbin JA. Dilated cardiomyopathy. Lancet 2010;375:752‐762. 

21.     Lund LH, Edwards LB, Kucheryavaya AY et al. The Registry of the International Society for Heart 

and Lung Transplantation: Thirtieth Official Adult Heart Transplant Report‐‐2013; focus theme: 

age. J Heart Lung Transplant 2013;32:951‐964. 

22.     McNamara DM, Starling RC, Cooper LT et al. Clinical and demographic predictors of outcomes in 

recent onset dilated cardiomyopathy: results of the IMAC (Intervention in Myocarditis and Acute 

Cardiomyopathy)‐2 study. J Am Coll Cardiol 2011;58:1112‐1118. 

23.     Wang H, Yao Q, Zhu S et al. The autopsy study of 553 cases of sudden cardiac death in Chinese 

adults. Heart Vessels 2014;29:486‐495. 

24.     Koplan BA, Stevenson WG. Ventricular tachycardia and sudden cardiac death. Mayo Clin Proc 

2009;84:289‐297. 

25.     Chen LY, Benditt DG, Alonso A. Atrial fibrillation and its association with sudden cardiac death. 

Circ J 2014;78:2588‐2593. 

26.     McMurray JJ, Adamopoulos S, Anker SD et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of 

acute and chronic heart failure 2012: The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Acute and 

Chronic Heart Failure 2012 of the European Society of Cardiology. Developed in collaboration with 

the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. Eur Heart J 2012;33:1787‐1847. 

27.     Fyhrquist F, Saijonmaa O. Renin‐angiotensin system revisited. J Intern Med 2008;264:224‐236. 

28.     Lymperopoulos A, Rengo G, Koch WJ. Adrenergic nervous system in heart failure: 

pathophysiology and therapy. Circ Res 2013;113:739‐753. 

29.     Camm AJ, Lip GY, De CR et al. 2012 focused update of the ESC Guidelines for the management of 

atrial fibrillation: an update of the 2010 ESC Guidelines for the management of atrial fibrillation. 

Developed with the special contribution of the European Heart Rhythm Association. Eur Heart J 

2012;33:2719‐2747. 

30.     Zipes DP, Camm AJ, Borggrefe M et al. ACC/AHA/ESC 2006 Guidelines for Management of 

Patients With Ventricular Arrhythmias and the Prevention of Sudden Cardiac Death: a report of the 

American College of Cardiology/American Heart Association Task Force and the European Society 

of Cardiology Committee for Practice Guidelines (writing committee to develop Guidelines for 

Management of Patients With Ventricular Arrhythmias and the Prevention of Sudden Cardiac 

Death): developed in collaboration with the European Heart Rhythm Association and the Heart 

Rhythm Society. Circulation 2006;114:e385‐e484. 

Page 14: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

21  

31.     Frustaci A, Chimenti C, Calabrese F, Pieroni M, Thiene G, Maseri A. Immunosuppressive therapy 

for active lymphocytic myocarditis: virological and immunologic profile of responders versus 

nonresponders. Circulation 2003;107:857‐863. 

32.     Frustaci A, Russo MA, Chimenti C. Randomized study on the efficacy of immunosuppressive 

therapy in patients with virus‐negative inflammatory cardiomyopathy: the TIMIC study. Eur Heart 

J 2009;30:1995‐2002. 

33.     Mason JW, OʹConnell JB, Herskowitz A et al. A clinical trial of immunosuppressive therapy for 

myocarditis. The Myocarditis Treatment Trial Investigators. N Engl J Med 1995;333:269‐275. 

34.     Maisch B, Seferovic PM, Ristic AD et al. Guidelines on the diagnosis and management of 

pericardial diseases executive summary; The Task force on the diagnosis and management of 

pericardial diseases of the European society of cardiology. Eur Heart J 2004;25:587‐610. 

35.     Imazio M, Brucato A, Cemin R et al. A randomized trial of colchicine for acute pericarditis. N Engl J 

Med 2013;369:1522‐1528. 

36.     Leung YY, Yao Hui LL, Kraus VB. Colchicine‐Update on mechanisms of action and therapeutic 

uses. Semin Arthritis Rheum 2015;45:341‐350. 

37.     Nichols M, Townsend N, Scarborough P, Rayner M. Cardiovascular disease in Europe 2014: 

epidemiological update. Eur Heart J 2014;35:2950‐2959. 

38.     Dalager‐Pedersen S, Ravn HB, Falk E. Atherosclerosis and acute coronary events. Am J Cardiol 

1998;82:37T‐40T. 

39.     Thygesen K, Alpert JS, Jaffe AS et al. Third universal definition of myocardial infarction. Circulation 

2012;126:2020‐2035. 

40.     White PD, Mallory GK, Salcedo‐Salgar J. The Speed of Healing of Myocardial Infarcts. Trans Am 

Clin Climatol Assoc 1936;52:97‐104. 

41.     van Oostrom MC, van OO, Quax PH, Verhaar MC, Hoefer IE. Insights into mechanisms behind 

arteriogenesis: what does the future hold? J Leukoc Biol 2008;84:1379‐1391. 

42.     Swan HJ. Acute myocardial infarction: a failure of timely, spontaneous thrombolysis. J Am Coll 

Cardiol 1989;13:1435‐1437. 

43.     Anzai T. Post‐infarction inflammation and left ventricular remodeling: a double‐edged sword. Circ 

J 2013;77:580‐587. 

44.     Chen W, Frangogiannis NG. Fibroblasts in post‐infarction inflammation and cardiac repair. Biochim 

Biophys Acta 2013;1833:945‐953. 

45.     Kunadian V, Gibson CM. Thrombolytics and myocardial infarction. Cardiovasc Ther 2012;30:e81‐e88. 

46.     Dotter CT, Judkins MP. Transluminal treatment of atherosclerotic obstruction, description of a new 

technic and a prelimenary report of its application. Circulation 1964;30:654‐670. 

47.     Diodato M, Chedrawy EG. Coronary artery bypass graft surgery: the past, present, and future of 

myocardial revascularisation. Surg Res Pract 2014;2014:726158. 

48.     Eapen ZJ, Tang WH, Felker GM et al. Defining heart failure end points in ST‐segment elevation 

myocardial infarction trials: integrating past experiences to chart a path forward. Circ Cardiovasc 

Qual Outcomes 2012;5:594‐600. 

49.     Seropian IM, Toldo S, Van Tassell BW, Abbate A. Anti‐inflammatory strategies for ventricular 

remodeling following ST‐segment elevation acute myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 

2014;63:1593‐1603. 

50.     Ricklin D, Hajishengallis G, Yang K, Lambris JD. Complement: a key system for immune 

surveillance and homeostasis. Nat Immunol 2010;11:785‐797. 

51.     Walport MJ. Complement. First of two parts. N Engl J Med 2001;344:1058‐1066. 

52.     Krijnen PA, Ciurana C, Cramer T et al. IgM colocalises with complement and C reactive protein in 

infarcted human myocardium. J Clin Pathol 2005;58:382‐388. 

53.     Trouw LA, Okroj M, Kupreishvili K et al. C4b‐binding protein is present in affected areas of 

myocardial infarction during the acute inflammatory phase and covers a larger area than C3. PLoS 

One 2008;3:e2886. 

54.     Krijnen PA, Cillessen SA, Manoe R et al. Clusterin: a protective mediator for ischemic 

cardiomyocytes? Am J Physiol Heart Circ Physiol 2005;289:H2193‐H2202. 

55.     Vakeva A, Laurila P, Meri S. Regulation of complement membrane attack complex formation in 

myocardial infarction. Am J Pathol 1993;143:65‐75. 

56.     Monsinjon T, Richard V, Fontaine M. Complement and its implications in cardiac 

ischemia/reperfusion: strategies to inhibit complement. Fundam Clin Pharmacol 2001;15:293‐306. 

Page 15: UvA-DARE (Digital Academic Repository) The inflammatory … · T‐wave inversion4, 10) or an increase in serological markers (f.i. Cardiac Troponins11, 12). However, ECG and serology

22  

57.     Hill JH, Ward PA. The phlogistic role of C3 leukotactic fragments in myocardial infarcts of rats. J 

Exp Med 1971;133:885‐900. 

58.     Prada AE, Zahedi K, Davis AE, III. Regulation of C1 inhibitor synthesis. Immunobiology 

1998;199:377‐388. 

59.     Davis AE, III, Mejia P, Lu F. Biological activities of C1 inhibitor. Mol Immunol 2008;45:4057‐4063. 

60.     Bork K. Pasteurized and nanofiltered, plasma‐derived C1 esterase inhibitor concentrate for the 

treatment of hereditary angioedema. Immunotherapy 2014;6:533‐551. 

61.     Martinez‐Saguer I, Cicardi M, Suffritti C et al. Pharmacokinetics of plasma‐derived C1‐esterase 

inhibitor after subcutaneous versus intravenous administration in subjects with mild or moderate 

hereditary angioedema: the PASSION study. Transfusion 2014;54:1552‐1561. 

62.     Weller K, Kruger R, Maurer M, Magerl M. Subcutaneous self‐injections of C1 inhibitor: an effective 

and safe treatment in a patient with hereditary angio‐oedema. Clin Exp Dermatol 2015;in press. 

63.     Pedersen OD, Bagger H, Kober L, Torp‐Pedersen C. The occurrence and prognostic significance of 

atrial fibrillation/‐flutter following acute myocardial infarction. TRACE Study group. TRAndolapril 

Cardiac Evalution. Eur Heart J 1999;20:748‐754. 

64.     Hong SJ, Traktuev DO, March KL. Therapeutic potential of adipose‐derived stem cells in vascular 

growth and tissue repair. Curr Opin Organ Transplant 2010;15:86‐91. 

65.     Houtgraaf JH, den Dekker WK, van Dalen BM et al. First experience in humans using adipose 

tissue‐derived regenerative cells in the treatment of patients with ST‐segment elevation myocardial 

infarction. J Am Coll Cardiol 2012;59:539‐540. 

66.     van Dijk A, Niessen HW, Zandieh DB, Visser FC, van Milligen FJ. Differentiation of human 

adipose‐derived stem cells towards cardiomyocytes is facilitated by laminin. Cell Tissue Res 

2008;334:457‐467. 

67.     Kokai LE, Marra K, Rubin JP. Adipose stem cells: biology and clinical applications for tissue repair 

and regeneration. Transl Res 2014;163:399‐408. 

68.     Gnecchi M, Zhang Z, Ni A, Dzau VJ. Paracrine mechanisms in adult stem cell signaling and 

therapy. Circ Res 2008;103:1204‐1219. 

69.     Niessen HW, Krijnen PA, Visser CA, Meijer CJ, Hack CE. Intercellular adhesion molecule‐1 in the 

heart. Ann N Y Acad Sci 2002;973:573‐585. 

70.     Kokhuis TJ, Skachkov I, Naaijkens BA et al. Intravital microscopy of localized stem cell delivery 

using microbubbles and acoustic radiation force. Biotechnol Bioeng 2015;112:220‐227.