Effects of enoxaparin and dalteparin on proliferation and migration of patient-derived vascular smooth muscle cells

Background: Proliferation and migration are the two main processes of intimal hyperplasia: the primary cause of intermediate and late vascular graft failure. Low-molecular-weight heparins (LMWHs) inhibit these processes on vascular smooth muscle cells (VSMCs) in animal models, but have failed to improve patency of vascular grafts in clinical trials. Despite these findings, they are still used therapeutically to reduce intimal hyperplasia following vascular interventions. This study was designed to investigate the effects of LMWHs compared to unfractioned heparin in patient-derived VSMCs. Material and methods: Arterial patient-derived VSMCs were used to study the effects of enoxaparin and dalteparin on proliferation, migration and mitogen-activated protein kinase extracellular signal-regulated kinase (MAPK-ERK) signal transduction. The VSMCs were treated with the LMWHs in a range of concentrations and evaluated using image based cell enumeration, real time migration monitoring and flow cytometry. Series treated with unfractioned heparin were included as positive controls and untreated series as negative controls. Results: Neither enoxaparin nor dalteparin influenced proliferation and MAPK-ERK phosphorylation. Migration was reduced slightly by both LMWHs. Unfractioned heparin exhibited dose-dependent effects different from those of the LMWHs in all analyses. Conclusions: This study demonstrated a difference in proliferative and migratory effects between the two LMWHs and unfractioned heparin in patient-derived VSMCs. The effects corresponded to the MAPK-ERK activation, suggesting different mechanisms of action. These results can explain why clinical trials using LMWHs to prevent intimal hyperplasia have failed to observe a reduced incidence of restenosis and do not support prolonged therapeutic use to prevent intimal hyperplasia.

Hintergrund: Proliferation und Migration sind zwei der wichtigsten Prozesse der Intimahyperplasie und die primäre Ursache von intermediärem und spätem Versagen des vaskulären Graftes. Niedermolekulare Heparine inhibieren diese Prozesse an vaskulären glatten Muskelzellen in Tiermodellen, haben sich jedoch in klinischen Studien nicht bewährt. Dennoch werden sie eingesetzt, um die Intimahyperplasie nach vaskulären Interventionen zu reduzieren. Material und Methoden: Arterielle vaskuläre glatte Muskelzellen, die von Patienten mit Gefässerkrankungen gewonnen wurden, verwendeten wir um die Effekte von Enoxaparin und Dalteparin auf die Proliferation und Migration zu untersuchen und die Signaltransduktion von mitogenaktivierter Proteinkinase-extrazellulärer signalregulierter Kinase (MAPK-ERK) zu beschreiben. Die vaskulären glatten Muskelzellen wurden mit niedermolekularem Heparin in unterschiedlichen Konzentrationen behandelt und durch “image cell enumeration”, Echtzeit Migrations Monitorierung und Flowzytometrie evaluiert. Mit unfraktioniertem Heparin behandelte Serien dienten als positive Kontrolle, und unbehandelte Serien waren die negative Kontrolle. Ergebnisse: Weder Enoxaparin noch Dalteparin beeinflussten die Proliferation und MAPK-ERK-Phosphorylierung. Die Migration wurde durch beide niedermolekularen Heparine leicht reduziert. Unfraktioniertes Heparin zeigte dosisabhängige Effekte, die sich in allen Analysen von denen niedermolekularer Heparine unterschieden. Schlussfolgerungen: Unsere Studie konnte zeigen, dass niedermolekulare Heparine und unfraktioniertes Heparin Unterschiede in der Proliferation und Migration von glatten Muskelzellen bewirken. Eine mögliche Erklärung könnten die beobachteten Unterschiede in der MAPK-ERK-Aktivierung sein. Diese Ergebnisse können die negativen Ergebnisse aus klinischen Studien mit niedermolekularen Heparinen erklären, in denen die Intimahyperplasie nicht verhindert werden konnte und keine verringerte Inzidenz von Restenosen beobachtet wurde.