Background— Bone marrow cell therapy is reported to contribute to collateral formation through cell incorporation into new or remodeling vessels. However, the possible role of a paracrine contribution to this effect is less well characterized. Methods and Results— Murine marrow-derived stromal cells (MSCs) were purified by magnetic bead separation of cultured bone marrow. The release of vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), placental growth factor (PlGF), and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) was demonstrated by analysis of MSC conditioned media (MSC-CM). MSC-CM enhanced proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells in a dose-dependent manner; anti-VEGF and anti-FGF antibodies only partly attenuated these effects. Balb/C mice (n=10) underwent distal femoral artery ligation, followed by adductor muscle injection of 1×10 6 MSCs 24 hours later. Compared with controls injected with media (n=10) or mature endothelial cells (n=8), distal limb perfusion improved, and mid-thigh conductance vessels increased in number and total cross-sectional area. MSC injection improved limb function and appearance, reduced the incidence of auto-amputation, and attenuated muscle atrophy and fibrosis. After injection, labeled MSCs were seen dispersed between muscle fibers but were not seen incorporated into mature collaterals. Injection of MSCs increased adductor muscle levels of bFGF and VEGF protein compared with controls. Finally, colocalization of VEGF and transplanted MSCs within adductor tissue was demonstrated. Conclusions— MSCs secrete a wide array of arteriogenic cytokines. MSCs can contribute to collateral remodeling through paracrine mechanisms.

Vascular endothelial growth factor (VEGF) is an endothelial cell-specific mitogen that is angiogenic in vitro and in vivo. It has been hypothesized that VEGF plays a role in myocardial collateral formation; however, the effects of VEGF on collateral flow to ischemic myocardium are unknown.We studied the effect of VEGF on collateral blood flow in dogs subjected to gradual occlusion of the left circumflex coronary artery (LCx). Beginning 10 days after placement of an LCx-constricting device, VEGF 45 micrograms (n = 9) or saline (n = 12) was administered daily via an indwelling catheter in the distal LCx, at a point just beyond the occlusion. Treatment was maintained for 28 days. Collateral blood flow was determined with microspheres 7 days before treatment, immediately before treatment (day 0), and 7, 14, 21, and 28 days into the treatment period. Collateral blood flow was quantified during chromonar-induced maximal vasodilation and expressed as a collateral zone/normal zone (CZ/NZ) ratio. Treatment with VEGF was associated with a 40% increase in collateral blood flow (final CZ/NZ blood flow ratios of 0.49 +/- 0.06 and 0.35 +/- 0.02 in the VEGF-treated and control groups, respectively, P = .0037) as well as an 89% increase in the numerical density of intramyocardial distribution vessels (> 20 microns diameter) in the CZ (6.6 +/- 1.4 versus 3.5 +/- 0.7 vessels/mm2 in VEGF-treated and control dogs, respectively, P < .05).We conclude that intracoronary VEGF enhances the development of small coronary arteries supplying ischemic myocardium, resulting in marked augmentation of maximal collateral blood flow delivery. These results demonstrate the feasibility of pharmacological enhancement of collateral growth and suggest a new therapeutic approach for the treatment of myocardial ischemia.

Some cytochrome P450 catalyzed reactions show atypical kinetics, and these kinetic processes can be grouped into five categories: activation, autoactivation, partial inhibition, substrate inhibition, and biphasic saturation curves. A two-site model in which the enzyme can bind two substrate molecules simultaneously is presented which can be used to describe all of these observed kinetic properties. Sigmoidal kinetic characteristics were observed for carbamazepine metabolism by CYP3A4 and naphthalene metabolism by CYPs 2B6, 2C8, 2C9, and 3A5 as well as dapsone metabolism by CYP2C9. Naphthalene metabolism by CYP3A4 and naproxen metabolism by CYP2C9 demonstrated nonhyperbolic enzyme kinetics suggestive of a low Km, low Vmax component for the first substrate molecule and a high Km, high Vmax component for the second substrate molecule. 7,8-Benzoflavone activation of phenanthrene metabolism by CYP3A4 and dapsone activation of flurbiprofen and naproxen metabolism by CYP2C9 were also observed. Furthermore, partial inhibition of 7,8-benzoflavone metabolism by phenanthrene was observed. These results demonstrate that various P450 isoforms may exhibit atypical enzyme kinetics depending on the substrate(s) employed and that these results may be explained by a model which includes simultaneous binding of two substrate molecules in the active site.

OBJECTIVES We tested the hypothesis that intramyocardial injection of autologous bone marrow (ABM) promotes collateral development in ischemic porcine myocardium. We also defined, in vitro, whether bone marrow (BM) cells secrete vascular endothelial growth factor (VEGF) and macrophage chemoattractant protein-1 (MCP-1). BACKGROUND The natural processes leading to collateral development are extremely complex, requiring multiple growth factors interacting in concert and in sequence. Because optimal angiogenesis may, therefore, require multiple angiogenic factors, we thought that injection of BM, which contains cells that secrete numerous angiogenic factors, might provide optimal therapeutic angiogenesis. METHODS Bone marrow was cultured four weeks in vitro. Conditioned medium was assayed for VEGF and MCP-1 and was added to cultured pig aortic endothelial cells (PAEC) to assess proliferation. Four weeks after left circumflex ameroid implantation, freshly aspirated ABM (n = 7) or heparinized saline (n = 7) was injected transendocardially into the ischemic zone (0.2 ml/injection at 12 sites). Echocardiography to assess myocardial thickening and microspheres to assess perfusion were performed at rest and during stress. RESULTS Vascular endothelial growth factor and MCP-1 concentrations increased in a time-related manner. The conditioned medium enhanced, in a dose-related manner, PAEC proliferation. Collateral flow (ischemic/normal zone × 100) improved in ABM-treated pigs (ABM: 98 ± 14 vs. 83 ± 12 at rest, p = 0.001; 89 ± 18 vs. 78 ± 12 during adenosine, p = 0.025; controls: 92 ± 10 vs. 89 ± 9 at rest, p = 0.49; 78 ± 11 vs. 77 ± 5 during adenosine, p = 0.75). Similarly, contractility increased in ABM-treated pigs (ABM: 83 ± 21 vs. 60 ± 32 at rest, p = 0.04; 91 ± 44 vs. 36 ± 43 during pacing, p = 0.056; controls: 69 ± 48 vs. 64 ± 46 at rest, p = 0.74; 65 ± 56 vs. 37 ± 56 during pacing, p = 0.23). CONCLUSIONS Bone marrow cells secrete angiogenic factors that induce endothelial cell proliferation and, when injected transendocardially, augment collateral perfusion and myocardial function in ischemic myocardium.