Nowa terapia RNA może wspierać regenerację serca po zawale

Po zawale mięśnia sercowego kardiolodzy są w stanie udrożnić zamknięte naczynia i przywrócić przepływ krwi, jednak obumarłe kardiomiocyty nie ulegają odtworzeniu.

„Serce jest jednym z narządów o najmniejszej zdolności regeneracyjnej” – podkreśla Ke Cheng, Alan L. Kaganov Professor of Biomedical Engineering w Columbia Engineering. „Jego spontaniczny potencjał regeneracyjny jest bardzo ograniczony.”

W badaniu opublikowanym 5 marca w czasopiśmie Science Cheng i jego zespół opisują terapię zaprojektowaną w celu wzmocnienia naturalnych mechanizmów ochrony i naprawy serca po uszkodzeniu. Opracowana przez nich strategia dostarczania leku wskazuje na przyszłość, w której terapie RNA umożliwią organizmowi wytwarzanie własnych substancji leczniczych, ukierunkowanych na konkretne narządy.

„Nie ma potrzeby otwierania klatki piersiowej ani wprowadzania cewnika do serca, aby dostarczyć ten lek” – wyjaśnia Cheng. „W praktyce wystarczy podać preparat w postaci iniekcji do ramienia.”

Współautor badania, Torsten Vahl, lekarz w Columbia University Irving Medical Center/NewYork-Presbyterian Hospital oraz adiunkt w Vagelos College of Physicians and Surgeons, podkreśla kliniczne znaczenie tej koncepcji.

„Jako klinicysta, który udrażnia tętnice u pacjentów z zawałem serca, doskonale wiem, jak duża jest niezaspokojona potrzeba terapeutyczna” – mówi Vahl. „Zbyt często pacjenci pozostają z rozległym uszkodzeniem mięśnia sercowego, które w przyszłości prowadzi do niewydolności serca.”

W badaniach laboratoryjnych pojedyncza iniekcja znacząco ograniczyła włóknienie i poprawiła funkcję serca zarówno u małych, jak i dużych zwierząt. Co istotne, terapie oparte na RNA mogą być tańsze i bardziej dostępne niż obecne strategie, takie jak transplantacje narządów czy terapie komórkami macierzystymi.

Zdolności regeneracyjne serca noworodków

W pierwszych dniach życia wiele gatunków ssaków wykazuje przejściową zdolność regeneracji mięśnia sercowego. Kluczową rolę odgrywa tu peptyd natriuretyczny typu przedsionkowego (ANP), który stymuluje angiogenezę, ogranicza stan zapalny oraz redukuje powstawanie blizny.

Wraz z wiekiem poziom ANP istotnie spada, a zdolności regeneracyjne obserwowane u noworodków zanikają.

Zespół badawczy potwierdził to zjawisko, porównując odpowiedź noworodków i dorosłych myszy po zawale. W sercach noworodków ekspresja genu kodującego prekursor ANP wzrastała ponad 25-krotnie, natomiast u dorosłych jedynie około 10-krotnie – co może być niewystarczające do skutecznej regeneracji.

Zablokowanie genu Nppa u noworodków prowadziło do istotnej utraty zdolności naprawczych serca.

„Inspirujemy się naturą” – zaznacza Cheng. „Serce noworodka spontanicznie produkuje większe ilości tej cząsteczki po zawale, co prawdopodobnie umożliwia regenerację. U dorosłych produkcja jest niewystarczająca, dlatego opracowaliśmy sposób jej uzupełnienia.”

Mimo że potencjał ANP jest znany od dekad, jego zastosowanie jako klasycznego leku było ograniczone ze względu na bardzo krótki czas półtrwania – ulega degradacji w ciągu kilku minut.

Mięsień szkieletowy jako fabryka leku RNA

Jednym z największych wyzwań w terapii kardiologicznej jest skuteczne i mało inwazyjne dostarczenie leku do serca. W przeciwieństwie do narządów takich jak wątroba, płuca czy śledziona, serce nie posiada mechanizmów sprzyjających akumulacji leków.

„Z tego powodu badacze stosowali dotychczas metody inwazyjne, takie jak infuzje do naczyń wieńcowych, iniekcje do mięśnia sercowego czy do osierdzia” – wyjaśnia Vahl. „Wszystkie wymagają warunków pracowni hemodynamicznej.”

Zespół Chenga zaproponował alternatywne podejście – zamiast dostarczać lek bezpośrednio do serca, wykorzystano mięśnie szkieletowe jako miejsce jego produkcji.

Opracowano nanocząstki lipidowe zawierające RNA kodujące gen Nppa, które po podaniu domięśniowym indukują produkcję nieaktywnego prohormonu – pro-ANP. Cząsteczka ta krąży w organizmie, aż zostanie przekształcona do aktywnego ANP przez enzym Corin.

Enzym ten występuje około 60 razy częściej w sercu niż w innych tkankach, co zapewnia selektywną aktywację leku właśnie w tym narządzie.

„Celowanie opiera się na specyficznym rozszczepieniu przez enzym naturalnie obecny w sercu” – tłumaczy Cheng. „Nie trzeba ingerować w serce – wystarczy iniekcja do ramienia.”

Aby wydłużyć efekt terapeutyczny, zastosowano samopowielające się RNA (saRNA), które replikuje się w komórkach. Dzięki temu pojedyncze podanie zapewniało działanie przez co najmniej cztery tygodnie.

„Pacjent nie musi zgłaszać się codziennie do szpitala” – dodaje Cheng. „Wystarczy jedna wizyta w miesiącu.”

Perspektywy translacyjne i zastosowania kliniczne

Przed rozpoczęciem badań klinicznych konieczne było potwierdzenie skuteczności terapii w różnych modelach chorobowych. Zespół przeprowadził badania na dużych zwierzętach, starzejących się modelach mysich, zwierzętach z predyspozycją do miażdżycy oraz z cukrzycą typu 2 indukowaną dietą.

Sprawdzono również skuteczność terapii przy opóźnionym podaniu – nawet tydzień po zawale. We wszystkich przypadkach uzyskano spójne wyniki terapeutyczne.

„Testowaliśmy lek w różnych współchorobowościach oraz przy opóźnionym leczeniu” – mówi Cheng. „Mamy nadzieję, że będzie skuteczny nawet u pacjentów zgłaszających się z opóźnieniem.”

Potencjalne zastosowania tej technologii wykraczają poza kardiologię i obejmują choroby nerek, nadciśnienie tętnicze oraz stan przedrzucawkowy.

„Uszkodzenie komórek dotyczy wielu narządów, nie tylko serca” – podkreśla Vahl. „Jeśli uda się potwierdzić skuteczność regeneracji w warunkach klinicznych, koncepcję tę będzie można przenieść na inne tkanki.”

Zespół planuje produkcję terapii w Columbia Initiative in Cell Engineering and Therapy oraz rozpoczęcie badań klinicznych fazy I w Columbia University Irving Medical Center.

Źródło: Science, Single intramuscular injection of self-amplifying RNA of Nppa to treat myocardial infarction
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.adu9394