Nowe metody biologiczne w leczeniu niewydolności serca
advertisement
684 LECZENIE NIEWYDOLNOŚCI SERCA synchronizacji i defibrylacji. Wstępne doniesienia wskazują na istotną redukcję śmiertelności całkowitej o 20% i hospitalizacji ze wszystkich przyczyn w obu grupach, w których zastosowano leczenie za pomocą urządzeń wspomagających w porównaniu z chorymi leczonymi farmakologicznie. Ponadto stwierdzono statystycznie istotną redukcję śmiertelności całkowitej o 40% u pacjentów, u których zastosowano leczenie resynchronizujące z możliwością defibrylacji107. W metaanalizie oceniano wpływ leczenia resynchronizującego na śmiertelność z powodu postępującej niewydolności serca u pacjentów z przewlekłymi objawowymi zaburzeniami czynności lewej komory108. Metaanaliza ta objęła 1634 chorych z czterech badań klinicznych z randomizacją – InSync ICD109, CONTAK CD110, MIRACLE106 i MUSTIC104. Zebrane w tych badaniach dane wskazują na redukcję liczby zgonów z powodu postępującej niewydolności serca o 51%, częstości hospitalizacji z powodu niewydolności serca o 29% i tendencję do zmniejszenia śmiertelności całkowitej w porównaniu z grupą kontrolną pod wpływem leczenia resynchronizującego108. Dostępne dane zdecydowanie sugerują więc, że leczenie resynchronizujące ze stymulacją dwukomorową może wywierać korzystny wpływ na odległą chorobowość i śmiertelność u chorych z umiarkowaną i ciężką niewydolnością serca. Nowe metody biologiczne w leczeniu niewydolności serca Strategie leczenia niewydolności serca mające na celu przeciwdziałanie przebudowie serca mogą obejmować również metody zmierzające do zachowania liczby miocytów, jak również integralności i składu podstawowej substancji pozakomórkowej (omówione w rozdziale 4). Starania mające na celu utrzymanie liczby komórek mięśnia sercowego obejmują zastosowanie strategii zastępowania komórek, jak również wykorzystania miokardialnych czynników wzrostu, takich jak hormon wzrostu. Strategie zastępowania komórek Postuluje się, że metody leczenia bezpośrednio zmierzające do zastąpienia lub regeneracji uszkodzonej tkanki mięśnia sercowego mogłyby zapobiec progresji niewydolności serca i w ten sposób istotnie przyczynić się do leczenia uszkodzenia mięśnia sercowego spowodowanego przez niedokrwienie. Dlatego też badacze analizują możliwość wykonywania przeszczepów komórkowych poprzez bezpośrednią iniekcję komórek do serca lub aktywując endogenne komórki pnia do regeneracji uszkodzonego mięśnia sercowego. Do uszkodzonego mięśnia z powodzeniem udało się wszczepić wiele rodzajów komórek, obejmujących miocyty płodowe, szkieletowe mioblasty, komórki mięśni gładkich, fibroblasty, embrionalne komórki pnia i komórki pnia pochodzące ze szpiku kostnego111-116. Najlepiej poznano mioblasty szkieletowe, niedojrzałe komórki mięśni szkieletowych, które zachowują zdolność podziału. Mioblasty szkieletowe są łatwe do wyizolowania i hodowli, nawet gdy pobiera się je z mięśni szkieletowych dorosłych. Komórki te wszczepiają się bez zakłóceń i różnicują w szkieletowe cewki mięśniowe w obrębie uszkodzonego miokardium117. Co bardziej istotne, w ponawianych badaniach prowadzonych na różnych modelach uszkodzenia miokardium u różnych gatunków zwierząt wykazano, że mioblasty wpływają na poprawę czynności komór117-119. W zakresie naprawy miokardium, mioblasty szkieletowe posiadają wiele potencjalnych zalet w porównaniu z innymi typami komórek. Ponieważ łatwo je pozyskać u osób dorosłych, omija się konieczność leczenia immunosupresyjnego i ich zastosowaniu nie towarzyszą problemy etyczne związane z wykorzystywaniem komórek embrionalnych lub płodowych. Ich ograniczona zdolność do proliferacji, stanowiąca problem podczas starań o zwiększenie liczby mioblastów w celu uzyskania odpowiednich komórek do przeszczepu, oznacza jednak, że po przeszczepie istnieje mniejsze prawdopodobieństwo rozwoju nowotworów. Te korzystne właściwości sprawiają, że mioblasty szkieletowe wybrano jako pierwszy typ komórek do badań u ludzi. W kilku ośrodkach autologiczne mioblasty szkieletowe z powodzeniem wprowadzono do uszkodzonego mięśnia sercowego u ludzi podczas operacji pomostowania tętnic wieńcowych120,121. Jak pokazano na rycinie 40.2, przeszczepione mioblasty przyjmują się w miokardium, ulegają prawidłowemu różnicowaniu i co ciekawe, pobudzają tworzenie się nowych naczyń, co sugeruje, że wszczepione komórki stymulują neoangiogenezę121. Czas życia wszczepionych mioblastów wynosi przynajmniej 18 miesięcy, co potwierdza tezę, że przeszczepy komórek mogą prowadzić do trwałej poprawy czynności serca122. Te wczesne badania I fazy stały się bodźcem do rozpoczęcia kilku większych badań nad przeszczepami mioblastów szkieletowych, prowadzonych w Stanach Zjednoczonych i w Europie, których celem jest ustalenie, czy wszczepienie tych komórek powoduje odległą poprawę czynności lewej komory. Chociaż mioblasty szkieletowe stanowią potencjalne źródło komórek do przeszczepu, istnieje szereg ograniczeń. Po zróżnicowaniu komórki te nie tworzą połączeń międzykomórkowych i dlatego istnieje niewielkie prawdopodobieństwo wytworzenia przez nie połączeń elektrycznych z pozostałą częścią miokardium123. Mioblasty szkieletowe stanowią jedynie niewielki odsetek komórek mięśniowych u dorosłych, który zmniejsza się wraz z wiekiem. Efektem jest dłuższy czas hodowli w celu uzyskania wystarczającej ich liczby do przeszczepu. Optymalne byłoby przeszczepianie miocytów sercowych, lecz po urodzeniu komórki te nie ulegają istotnym podziałom i przeszczepy allogeniczne wiązałyby się z koniecznością stosowania leczenia immunosupresyjnego124. Jednak szpik kostny dorosłych zawiera przynajmniej trzy populacje komórek – mezenchymalnych, hemopoetycznych i prekursorowych dla komórek śródbłonka lub komórek pnia, które według doniesień różnicują się do komórek mięśniowych serca i przynoszą poprawę czynności lewej komory po przeszczepieniu ich po zawale serca107,125-129. W niektórych przypadkach zdolność tych komórek do różnicowania w kardiomiocyty obserwowano jedynie in vivo, co dowodzi, że zasadnicze znaczenie dla różnicowania ma środowisko, w jakim się znajdują130. Cytowane badania na zwierzętach doprowadziły do przeprowadzenia licznych niewielkich badań u ludzi z wykorzystaniem komórek pochodzących ze szpiku NOWE STRATEGIE LECZENIA PRZEWLEKŁEJ NIEWYDOLNOŚCI SERCA 685 RYC. 40.2. Biopsje mięśnia sercowego u chorego po 191 dniach od autologicznego przeszczepienia mioblastów szkieletowych, wykonanego podczas wszczepienia urządzenia wspomagającego pracę lewej komory. Przedstawiono zachowane przy życiu włókna mięśniowe w sercu barwionym trójchromianem (A i B – szkieletowe i sercowe włókna mięśniowe zabarwione na czerwono, fibroblasty i kolagen zabarwione na niebiesko – wersja kolorowa ryciny, patrz kolorowa wkładka), swoistą dla mięśni szkieletowych szybką miozynę MY-32 (identyfikacja izoform szybko kurczącej się miozyny mięśni szkieletowych) (C) oraz wolne ciężkie łańcuchy beta (D). A, C i D – sąsiadujące powierzchnie przekroju z tego samego miejsca przeszczepienia, B – inne miejsce u tego samego chorego, w którym włókna mięśniowe widoczne są w przekroju podłużnym. Przeszczepione szkieletowe włókna mięśniowe barwią się odmiennie trójchromianem i zaznaczone są gwiazdkami na rycinie B, uwagę zwraca równe ułożenie przeszczepionych i własnych włókien mięśniowych. Obszar przeszczepu zaznaczono linią kropkowaną na rycinach A, C i D, a poszczególne szkieletowe włókna mięśniowe, wybarwione na obecność wolnej, a nie szybkiej miozyny (C) oznaczono strzałkami. Wszystkie ryciny przedstawiono w jednakowym powiększeniu. Kolorowa wersja ryciny – patrz kolorowa wkładka. (Zaadaptowano z: Pagani F.D., DerSimonian H., Zawadzka A. i wsp.: Autologous skeletal myoblasts transplanted to ischemia-damaged myocardium in humans. Histological analysis of cell survival and differentiation. J Am Cell Cardiol 2003; 41: 879-888, za zgodą z: American College of Cardiology Foundation). kostnego. Strauer i wsp. wyizolowali jednojądrzaste komórki szpiku kostnego od 10 chorych po około tygodniu od ostrego zawału serca. Komórki te poddawano hodowli przez noc, a następnie podawano do obszaru zawału w iniekcji dowieńcowej131. Chociaż nie zaobserwowano wzrostu całkowitej frakcji wyrzutowej w porównaniu z leczeniem standardowym, autorzy poinformowali o zmniejszeniu obszaru zawału. Co ważniejsze, leczenie takie okazało się możliwe do przeprowadzenia w populacji chorych po zawale serca i nie stwierdzono poważnych powikłań. W kolejnym badaniu zrandomizowano 20 pacjentów, średnio w 4. dniu po pierwotnej angioplastyce wykonywanej w ostrym zawale serca132. Chorzy otrzymywali dowieńcową infuzję pochodzących ze szpiku lub krążących we krwi komórek progenitorowych, które podawano do tętnicy dozawałowej. Porównując obraz po 4 miesiącach od przeszczepienia z punktem wyjścia można zauważyć, że przeszczepieniu komórek progenitorowych towarzyszy istotny wzrost całkowitej frakcji wyrzutowej lewej komory, jak również poprawa kurczliwości odcinkowej w obszarze zawału. Podobnie, rezerwa przepływu wieńcowego i żywotność miokardium były również istotnie lepsze w obszarze zawału w okresie do 4 miesięcy po przeszczepieniu. Nie stwierdzono jed- nak żadnych różnic między komórkami progenitorowymi pochodzącymi z krwi i ze szpiku, a ze względu na brak grupy kontrolnej nie można wysnuć żadnych wniosków odnośnie do dodatkowych korzyści tej metody leczenia w porównaniu z leczeniem standardowym. Autologiczne komórki szpiku kostnego wszczepiano również bezpiecznie do strefy granicznej zawału chorym poddawanym operacji pomostowania tętnic wieńcowych133. Chociaż we wszystkich badaniach prowadzonych jak dotąd u ludzi posługiwano się albo dowieńcowym, albo bezpośrednim podaniem domiokardialnym komórek pochodzących ze szpiku kostnego, może to nie być konieczne. Wydaje się, że komórki te w naturalny sposób zagnieżdżają się w mięśniu sercowym, zwłaszcza po zawale serca. Mobilizacja endogennych komórek pnia u myszy, stymulowana przez czynnik pobudzający tworzenie kolonii granulocytów (GCSF) oraz czynnik wzrostowy komórek pnia (SCF), powodowała ponowne zasiedlenie obszaru zawału przez zróżnicowane komórki pnia pochodzące ze szpiku kostnego bez konieczności miejscowego podawania komórek134. Zjawisko to wydaje się odzwierciedlać zintensyfikowaną naturalną zdolność komórek pochodzących ze szpiku do przemieszczania się do uszkodzonego miokardium135. 686 LECZENIE NIEWYDOLNOŚCI SERCA Mimo interesującego postępu, jaki dokonał się w tej dziedzinie w ciągu ostatnich 10 lat, wyznaczonego pozytywnymi wynikami przedklinicznych i wstępnych badań klinicznych, nadal bez odpowiedzi pozostaje jeszcze wiele pytań. Proste kwestie techniczne, takie jak długość przeżycia przeszczepionych komórek, optymalny czas wszczepiania czy typ komórek, pozostają do ustalenia. Potencjalnie bardziej niepokojący jest nieokreślony potencjał arytmogenny i onkogenny tych komórek, który może zostać określony jedynie w większych badaniach klinicznych o dłuższym okresie obserwacji136,137. Niezależnie od odpowiedzi na te pytania, istnieje możliwość, że przeszczepy komórkowe zapoczątkują nową erę w leczeniu chorych z zaburzeniami czynności mięśnia sercowego. Miokardialne czynniki wzrostu i hormon wzrostu Hormon wzrostu (GH – growth hormone) oraz insulinopodobny czynnik wzrostu wydają się być fizjologicznymi moderatorami struktury i czynności miokardium138,139. Receptory dla obu tych hormonów znajdują się w komórkach mięśnia sercowego i dlatego GH może wywierać bezpośrednio wpływ na serce lub poprzez pobudzenie miejscowego albo układowego IGF-1, podczas gdy IGF-1 może działać za pośrednictwem mechanizmów endokrynnych, parakrynnych lub autokrynnych140. Hormon wzrostu pobudza komórki serca do wzrostu, nie powodując zmian zawartości kolagenu w miokardium ani gęstości naczyń włośniczkowych141,142. Pobudza również przebudowę fizjologiczną, w której reakcja wzrostowa wiąże się z poprawą czynności kurczliwej141,142. W modelach długotrwałego nadmiaru hormonu wzrostu obserwuje się zwiększenie siły kurczliwej serca, mimo redystrybucji izoform ciężkich łańcuchów miozyny w kierunku izoformy V3, która związana jest z niską aktywnością ATP-azy, powolnym narastaniem siły skurczu i wysoką ekonomiką cieplną143,144. Opierając się na tym stwierdzeniu wysunięto przypuszczenie, że poprzez zmniejszenie kosztu energetycznego hormon wzrostu może powodować poprawę termodynamicznej wydolności aparatu kurczliwego144. Hormon wzrostu może być więc skuteczny w leczeniu kardiomiopatii rozstrzeniowej, w przebiegu której dochodzi do zubożenia rezerw fosforanów wysokoenergetycznych i upośledzenia zdolności do przekształcania energii metabolicznej w pracę mechaniczną1,145-148. Wyniki badań eksperymentalnych sugerują ponadto, że GH i IGF-1 pobudzają kurczliwość mięśnia sercowego, prawdopodobnie za pośrednictwem zmian wewnątrzkomórkowego metabolizmu wapnia. Oprócz tego u chorych z niedoborem hormonu wzrostu dochodzi do upośledzenia wzrostu serca i jego czynności149,150. Podawanie hormonu wzrostu tym pacjentom powoduje zwiększenie grubości ścian serca i normalizację jego wydolności150,151. Przeciwnie, akromegalia wiąże się z przerostem serca i zespołem krążenia hiperkinetycznego, przebiegającego ze wzrostem rzutu serca i obniżeniem oporu naczyniowego152,153. W modelach doświadczalnych niewydolności serca, IGF-1 i hormon wzrostu powodowały dodatkowy wzrost miocytów, z towarzyszącą istotną poprawą czynności serca141,142. Opierając się na danych z modeli doświadczalnych, w badaniach klinicznych oceniano działanie GH u chorych z niewydolnością serca. W dwóch niewielkich badaniach pilotażowych bez grupy kontrolnej stwierdzono, że leczenie GH trwające przez 3 miesiące przyniosło korzystne efekty u pacjentów z niewydolnością serca spowodowaną niedokrwienną lub idiopatyczną kardiomiopatią rozstrzeniową154,155. Zmniejszeniu nasilenia objawów, poprawie wydolności wysiłkowej i parametrów hemodynamicznych towarzyszył wzrost masy lewej komory i grubości ścian serca oraz zmniejszenie końcoworozkurczowych i końcowoskurczowych wskaźników objętości lewej komory. W trzecim z badań nie wykazano jednak klinicznej poprawy u chorych ani zmian zawartości miofibryli w biopsji, stwierdzono natomiast możliwość zwiększenia liczby komorowych zaburzeń rytmu po podaniu GH156. Następne dwa badania z randomizacją kontrolowane placebo, trwające 3 miesiące, przeprowadzone u chorych z zaburzeniami czynności skurczowej lewej komory o różnej etiologii, nie wykazały istotnej poprawy stanu klinicznego pacjentów pod wpływem leczenia GH, mimo stwierdzonego w jednym z badań istotnego wzrostu masy mięśnia sercowego157,158. Anker i wsp. wykazali cechy nabytej oporności na GH u większości osób z niewydolnością serca i kacheksją oraz części chorych bez kacheksji159. Nabyta oporność na GH może tłumaczyć zróżnicowaną odpowiedź na leczenie przy użyciu GH, obserwowaną u różnych pacjentów. Do ustalenia pozostaje, czy ocena osi GH-IGF-1 przed rozpoczęciem leczenia GH pomaga zidentyfikować chorych z niewydolnością serca, którzy odpowiedzą na leczenie GH, oraz czy korzystniejszy może być dłuższy czas trwania terapii. Terapia genowa w leczeniu niewydolności serca Nową potencjalną metodą leczenia niewydolności serca jest terapia genowa. Terapia genowa oznacza modyfikację ekspresji lub funkcji genów, stosowaną w celu leczenia określonej choroby. Transfer genów może spowodować albo ekspresję i zastąpienie brakującego produktu genu, albo nadmierną ekspresję własnego lub obcego genu, którego produkt może zapobiec lub odwrócić proces chorobowy. Taką modyfikację genetyczną można osiągnąć poprzez wprowadzenie do komórek obcego DNA, które koduje biologicznie aktywny transgen lub poprzez transfekcję krótkich łańcuchów kwasów nukleinowych, znanych jako dezoksynukleotydy, które w docelowych komórkach powodują zmianę ekspresji endogennych genów160. Udoskonalenie zarówno wektorów przenoszących geny, jak i metod podawania genów in vivo ułatwiło genetyczną modyfikację czynności mięśnia sercowego, umożliwiając celowane leczenie chorób serca, zwłaszcza niewydolności serca w modelach zwierzęcych. Aby zastosowanie terapii genowej zakończyło się sukcesem klinicznym, niezbędne są trzy elementy161. Po pierwsze, konieczny jest wektor lub układ przenoszenia materiału genetycznego. Jedynie nieliczne dostępne wektory są w stanie zapewnić wydolną, wysoką ekspresję transgenu w komórkach postmitotycznych, takich jak kardiomiocyty. Obejmują one rekombinowa-
