Poprawione przewodnictwo elektryczne w uszkodzonym sercu
Podczas rozległego zawału serca dochodzi do obumierania licznych komórek mięśnia sercowego, które następnie zostają zastąpione tkanką bliznowatą stabilizującą ścianę serca. Dominującym typem komórek w tej tkance są fibroblasty (FB) – komórki tkanki łącznej. „Niestety, komórki te nie mają zdolności kurczliwych, a dodatkowo opóźniają przewodzenie impulsów elektrycznych w obszarze uszkodzenia” – mówi prof. dr Wilhelm Röll, lekarz prowadzący Centrum Serca UKB i członek Transdyscyplinarnej Przestrzeni Badawczej (TRA) „Life & Health” na Uniwersytecie w Bonn. Jego współautor, prof. dr Bernd K. Fleischmann z Instytutu Fizjologii I UKB, również członek TRA „Life & Health”, dodaje: „Fibroblasty wykazują jedynie śladową ekspresję białka koneksyny 43, kluczowego dla przewodzenia impulsów między komórkami mięśnia sercowego.”
Koneksyna 43 jest białkiem błonowym tworzącym tzw. połączenia szczelinowe (gap junctions), przez które impulsy elektryczne mogą być błyskawicznie przekazywane z jednej komórki do drugiej. W tkance bliznowatej po zawale serca, gdzie dominują fibroblasty, takie przewodnictwo praktycznie nie zachodzi, co zwiększa ryzyko wystąpienia zaburzeń rytmu serca, zwłaszcza w strefie granicznej między martwicą a żywym mięśniem sercowym. Dotychczas dostępne są jedynie nieliczne wektory umożliwiające celowaną terapię blizny pozawałowej, co istotnie ogranicza możliwości terapeutyczne.
Lepsze połączenie elektryczne w obrębie tkanki bliznowatej
Celem zespołu badawczego z Bonn było opracowanie skutecznego wektora do nadekspresji koneksyny 43 w fibroblastach blizny pozawałowej. W tym celu wykorzystano wirus Moloney Murine Leukemia Virus (MMLV), skompleksowany z nanocząstkami magnetycznymi (MNP), jako nośnik genu, który wprowadzano do fibroblastów przy użyciu pola magnetycznego. Dzięki temu komórki tkanki łącznej zaczęły produkować koneksynę 43. „Nowatorskim aspektem naszego podejścia było użycie retrowirusa MMLV, który dość specyficznie transdukuje fibroblasty serca, ale nie komórki mięśniowe – to proces znany jako transdukcja” – mówi Timo Mohr, doktorant Uniwersytetu w Bonn w Centrum Serca UKB. „W połączeniu z nanocząstkami magnetycznymi nośnik genu zostaje skoncentrowany w obszarze pola magnetycznego.”
Zespół badawczy z Bonn połączył również konstrukty MMLV z fluorescencyjnym reporterem mCherry. „Dzięki tej strategii udało nam się osiągnąć istotną transdukcję miofibroblastów w krótkim czasie” – dodaje dr Miriam Schiffer, współautorka badania i postdoktorantka w Instytucie Fizjologii I Uniwersytetu w Bonn. Co istotne, efekt zaobserwowano nie tylko in vitro, ale także in vivo w modelu myszy: trzy dni po zawale serca badacze wstrzyknęli kompleksy MMLV/MNP bezpośrednio w obszar uszkodzenia, przy jednoczesnym zastosowaniu pola magnetycznego. Dwa tygodnie później ekspresja białka mCherry potwierdziła skuteczną transdukcję fibroblastów w bliznowatej tkance pozawałowej. W testach funkcjonalnych wykazano, że myszy z nadekspresją koneksyny 43 w obszarze zawałowym znacznie rzadziej doświadczały groźnych arytmii serca w porównaniu z grupą kontrolną, u której nie udało się wytworzyć tego białka.
„Zasadniczo ta terapia mogłaby znaleźć zastosowanie kliniczne na dalszym etapie, być może również w innych wskazaniach pozasercowych. Jednak najpierw konieczne jest opracowanie odpowiednich wektorów do transdukcji ludzkich fibroblastów sercowych oraz potwierdzenie wyników w modelu dużego zwierzęcia” – podsumowuje prof. Röll, który wraz z prof. Fleischmannem kierował badaniami.
Finansowanie i udział jednostek naukowych
Prace eksperymentalne zrealizowano w ramach finansowanego przez DFG projektu SFB 1425 (Uniwersytet we Fryburgu), we współpracy z Instytutem Farmakologii i Toksykologii na Politechnice Monachijskiej oraz Instytutem Eksperymentalnej Medycyny Sercowo-Naczyniowej Uniwersytetu we Fryburgu.
Źródło: The Journal of Physiology, Improved electrical conduction in the lesioned heart
DOI: https://doi.org/10.1113/JP288020
