Terapeutisk angiogenes (även kallad biologisk shunting ) är en taktik för att stimulera bildandet av nya blodkärl för behandling eller förebyggande av patologiska tillstånd som kännetecknas av en minskning av denna funktion [1] .
Behovet av terapeutisk angiogenes är koncentrerat till området för distala former av kronisk nedre extremitetsischemi ( CLLI), kranskärlssjukdom , hjärtinfarkt , där kirurgiska behandlingsmetoder antingen är omöjliga eller inte tillräckligt effektiva, förknippade med en hög frekvens av kontraindikationer och komplikationer [2] [3] .
Begreppet terapeutisk angiogenes började utvecklas efter arbete av J. Folkman , som utvecklade en teori om utveckling och upprätthållande av adekvat blodtillförsel med hjälp av angiogena tillväxtfaktorer i tumörvävnader.
Efter identifieringen av blodkärlstillväxtfaktorer började forskare testa hypoteser om stimulering av angiogenes vid behandling av ischemiska tillstånd. För första gången i klinisk praxis användes terapeutisk angiogenes av J. Isner. 1994 introducerades en 71-årig patient i ett allvarligt tillstånd med kritisk nedre extremitetsischemi (CLLI), grad IV enligt klassificeringen av A.V. Pokrovsky-Fontein, VEGF-165-genen i en plasmidvektor [4] [ 5] .
Nästa kliniska utredare var I. Baumgartner, som genomförde ett antal studier på patienter med CLLI, beskrev och klassificerade möjliga biverkningar [6] .
Konventionellt finns det två processer som ligger bakom terapeutisk angiogenes: angiogenes och vaskulogenes [7] .
Vaskulogenes är processen för in situ-bildning av blodkärl från endotelceller (EPC), som migrerar och smälter samman med andra endotelceller till kapillärer och differentierar till endotelceller för att bilda nya kärl. Denna form är vanligast under embryonalperioden [8] .
Angiogenes inkluderar förlängning av redan bildade kärl och är en process för spirande av nya kapillärer, inklusive aktivering av endotelceller, nedbrytning av den extracellulära matrisen, proliferation och migration av endoteliocyter, och bildandet av primära mycket permeabla vaskulära strukturer. Därefter sker stabilisering och "uppväxt" av de primära vaskulära strukturerna på grund av rekryteringen av celler av en annan typ: pericyter och glatta muskelceller, vilket resulterar i organiseringen av ett komplext tredimensionellt vaskulärt nätverk [8] .
Den huvudsakliga stimulerande faktorn för angiogenes under fysiologiska och patologiska tillstånd är bristen på syre. Hypoxi stimulerar bildandet av de flesta angiogena faktorer, och framför allt den viktigaste regulatorn av angiogenes både i de embryonala och postnatala utvecklingsperioderna av kroppen - vaskulär endotelial tillväxtfaktor (VEGF) och dess receptorer (VEGF-R). Mer än 20 faktorer har identifierats som stimulerar eller hämmar angiogenesprocessen (tabell 1). Vissa faktorer, beroende på dosen, kan vara både inducerare av angiogenes och inhibitorer [9] [10] . För närvarande inkluderar termen "terapeutisk angiogenes" båda de processer som beskrivs ovan för tillväxt av nya blodkärl [11] [12] [13] .
Tabell 1 - "Inducerare och inhibitorer av angiogenes"
Angiogenesinducerare | Angiogeneshämmare |
---|---|
Vaskulär endoteltillväxtfaktor (VEGF) Fibroblasttillväxtfaktor (FGF) |
Endostatin Vasostatin |
Olika terapeutiska tillvägagångssätt används för processen för terapeutisk angiogenes:
Genom att i detalj känna till de fysiologiska effekterna av vaskulär endoteltillväxtfaktor och ha en positiv erfarenhet av användningen av proteinfaktorer som stimulerar hematopoiesis, syntetiserade forskare proteinmolekyler av vaskulär endoteltillväxtfaktor och grundläggande fibroblasttillväxtfaktor (bFGF).
De första okontrollerade kliniska studierna på patienter med kranskärlssjukdom och patienter med kritisk nedre extremitetsischemi (CLLI) med användning av rekombinanta proteiner visade uppmuntrande preliminära resultat i termer av effekt. Data från dubbelblinda, placebokontrollerade studier har dock varit mindre optimistiska. Två stora studier som testade intrakoronar administrering av rekombinanta tillväxtfaktorer (VEGF i VIVA-studien på 178 CAD-patienter som inte var optimala kandidater för kirurgisk eller endovaskulär revaskularisering; FGF-2 i den FÖRSTA studien på 337 liknande patienter) lyckades inte hitta skillnader med resultat i placebogrupper.
I TRAFFIC-studien (FGF-2 administrerades två gånger i lårbensartären hos patienter med CLLI), där en mer uttalad ökning av tiden för smärtfri gång hos dem som fick FGF-2 under de första 3 månaderna. planade ut efter 6 månader. genom att öka smärtfri gångtid i placebogruppen. Resultaten av denna studie har emellertid väckt viss optimism angående möjligheten att använda rekombinant FGF-2 i CLLI.
Det är möjligt att misslyckandet i kontrollerade studier av terapeutisk angiogenes med användning av rekombinanta tillväxtfaktorer berodde på en felaktigt vald metod för att introducera faktorn. Rekombinanta proteiner har en kort halveringstid i blodomloppet, dessutom har det visat sig att med den intravaskulära administreringsvägen hålls en mycket liten del av proteinet kvar i myokardiet (0,1 % för intravenös administrering och 5 % för intrakoronar administrering ). För effektiv användning av rekombinanta tillväxtfaktorer är det nödvändigt att introducera dem lokalt i myokardiet eller skelettmusklerna i form av komplex med matrisproteiner som ger långvarig lokal frisättning av faktorn [14] .
Bildandet av nya kärl betraktas för närvarande som två inbördes relaterade processer - angiogenes och vaskulogenes. Vaskulogenes involverar deltagande av benmärgsendotelceller (EPC), som flyttar till platsen för nybildning av kärl, där de differentierar till endotelceller som redan finns på plats. Den mest välstuderade metoden för cellterapi för ischemiska sjukdomar i extremiteterna är stimulering av frisättningen av EPC-celler i blodomloppet, deras isolering från blodomloppet och införande i det ischemiska området. Baserat på analysen av prekliniska och ett antal kliniska studier kan man dra slutsatsen att införandet av endoteliocytprekursorer eller stimulering av frisättningen av endotelcellsprekursorer accelererar bildandet av kollaterala kärl, samtidigt som området för ischemisk skada minimeras. Processen kräver dock ett specialutrustat laboratorium, och antalet celler som erhålls varierar vanligtvis.
Mekanismen för angiogen verkan av stamceller (SC) som härrör från en vuxen organism inkluderar förmodligen parakrina effekter associerade med cellers sekretoriska aktivitet och deras differentiering till specifika vaskulära celler, såväl som fusion med vävnadsceller. Den specifika vikten av var och en av dessa mekanismer har inte fastställts helt, och experimentdata är ganska motsägelsefulla. Emellertid, i stor utsträckning, stimulering av neovaskularisering med introduktion av SC beror på deras sekretoriska aktivitet. Detta bekräftas av det faktum att en ökning av antalet kärl i myokardiet hos försöksdjur observerades med införandet av nästan alla typer av celler som används för cellterapi: hematopoetiska och mesenkymala celler i benmärgen, EC-prekursorer (cirkulerande och benmärg), celler erhållna från navelsträngsblod och även skelettmyoblaster [14] [15] .
Ett alternativ till rekombinant proteinterapi kan vara genterapi . Två typer av vektorsystem råder, som används för att leverera en terapeutisk gen till den ischemiska regionen: plasmider och rekombinanta adenovirus [16] .
Till skillnad från rekombinanta proteiner fungerar genetiska konstruktioner i målvävnaden från en till flera veckor och ger en mindre abrupt och längre ökning av angiogen faktorinnehåll, vilket undviker frekventa och upprepade injektioner, vilket i sin tur undviker sensibilisering av kroppen [14] . I prekliniska djurstudier har användningen av DNA-plasmider visat på genuttryck som varar från några dagar till flera månader med en ganska låg sannolikhet för ytterligare överföring. Denna period anses vara relativt kort jämfört med virala vektorer, vilket är en säkerhetsfaktor för preparatet baserat på plasmidvektorn. Plasmider förstörs extracellulärt såväl som intracellulärt av nukleaser , vilket ger lokalisering och tidsbegränsning av processen. Under ett stort antal genterapistudier för stimulering av angiogenes användes främst lokala injektioner för att uppnå maximal säkerhet och effekt [17] .
Användningen av adenovirala vektorer kännetecknas av en hög effektivitet i genmaterialöverföring. Men det måste tas med i beräkningen att adenovirala antikroppar ofta finns i människokroppen, vilket minskar effektiviteten av överföringen till en nivå av 5% - en nivå som är jämförbar med den som är karakteristisk för icke-viral genöverföring. Dessutom kräver viral genöverföring speciella biosäkerhetsåtgärder, som inte är nödvändiga för icke-virala genöverföringsvektorer. Säkerhetsfrågor återspeglas också i den ökade förekomsten av biverkningar i kliniska prövningar med adenovirala vektorer: övergående feber, förhöjt C-reaktivt protein, förhöjda leverenzymer och adenovirala antikroppstitrar [18] .
Realisering av informationen som finns i plasmiden eller det rekombinanta viruset sker som ett resultat av proteinsyntes. Syntesen fortsätter på traditionellt sätt ( transkription , översättning ). Bildandet av angiogen tillväxtfaktor orsakar ett antal fysiologiska förändringar som leder till tillväxten av ett nytt kärl. Ett stort antal angiogena faktorer är involverade i processen för angiogenes, men det mest aktiva proangiogena cytokinet är vaskulär endotelial tillväxtfaktor (VEGF), som också är den mest studerade både i prekliniska och kliniska studier.
Processen för kärltillväxt med dess deltagande kan beskrivas i följande sekvens [11] :
Frånvaron av en kärlbädd i de placerade implantaten, liksom dess otillräckligt snabba utveckling och integrering med kärlnätverket i mottagarområdet, är ett av de viktigaste problemen förknippade med implantatets "misslyckande" att "fungera". Lösningen på problemet med vaskularisering av konstgjorda implantat utvecklas på två sätt: 1 - skapa förutsättningar för aktiv vaskularisering efter implantation med hjälp av olika biotekniska strukturer (med hjälp av tillväxtfaktorer, stamceller); 2 - skapandet av det vaskulära nätverket före implantation i kroppen in vitro [19] .
Genterapipreparat baserade på plasmider som kodar för vaskulära endoteltillväxtfaktorer används för angiogen modifiering ( vitalisering ) av syntetiska fibrösa material [7] . Sådana modifierade genaktiverade material används för att skapa vaskulariserade matriser av biokonstruerade organ och vävnader [7] [20] .
När man begärde publikationer i databasen relaterade till terapeutisk angiogenes och tillväxtfaktorer erhölls följande statistik:
Typ av begäran | Antal citerade resultat |
---|---|
Terapeutisk angiogenes VEGF | 7 962 |
Terapeutisk angiogenes FGF | 406 |
Terapeutisk angiogenes HGF | 278 |
Den kliniska studien domineras av genterapikonstruktioner som bär på VEGF-genen. Tabell nr 2 återspeglar de stora studier som genomförts och pågår med dessa prototypläkemedel.
Tabell 2. Kliniska studier av genterapikonstruktioner med VEGF-genen
Gen | Sjukdom | Vektor | ADMINISTRERINGSVÄG | Resultat | Studiens namn | Litterär källa |
---|---|---|---|---|---|---|
VEGF-A 165 | HINK (inkl. KINK) | DNA-plasmid | Intramuskulär | Perfusionsförbättring | arton | |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Intramyokardiell genom minitorakotomi | Perfusionsförbättring | 19-23 | |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Införande i hjärtats hålrum med kateter | Perfusionsförbättring | 24 | |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Införande i hjärtats hålrum med kateter | Ingen skillnad mot placebo | EUROINJECT-ONE | 25.26 |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Införande i hjärtats hålrum med kateter | Ingen skillnad mot placebo | NORDLIG | 27 |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Intramyokardiell | Förbättrad perfusion och hjärtfunktion | GENESIS I | 28 |
VEGF-A 165 | HINK (inkl. KINK) | DNA-plasmid | Intramuskulär | Fel på huvud- och slutindikatorn (amputation). Klinisk prestationsförbättring. | 29 | |
VEGF-A 165 //FGF-2 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid | Införande i hjärtats hålrum med kateter | Ingen förbättring av perfusion; liten klinisk nytta | VIF-CAD | trettio |
VEGF-A 165 | HINK (inkl. KINK) | DNA-plasmid/liposom eller adenovirusvektor | Intraarteriell efter perkutan transluminal angioplastik | Förbättring av blodtillförseln på kort sikt, vid den 10:e uppföljningsperioden finns det inga skillnader i antalet amputationer och andra biverkningar | 31 | |
VEGF-A 165 | ischemisk hjärtsjukdom | DNA-plasmid/liposom eller adenovirusvektor | Intraarteriell efter perkutan kranskärlsintervention | Förbättrad perfusion på kort sikt; vid den 8:e uppföljningsperioden finns inga skillnader i antalet dödsfall och andra biverkningar | KATT | 32 |
VEGF-A 121 | HINK (inkl. KINK) | Adenovirus vektor | Intramuskulär | Ingen effekt | RAVE | 33 |
VEGF-A 121 | ischemisk hjärtsjukdom | Adenovirus vektor | Intramyokardiell under kranskärlsbypasstransplantation eller minitorakotomi | Perfusion utan förbättring; klinisk förbättring | REVASC | 34.35 |
VEGF-A 121 | ischemisk hjärtsjukdom | Adenovirus vektor | Införande i hjärtats hålrum med kateter | Avslutas tidigt - ineffektivt | NOVA | 36 |
VEGF-D | ischemisk hjärtsjukdom | Adenovirus vektor | Införande i hjärtats hålrum med kateter | CAT301 | http://clinicaltrials.gov/show/NCT01002430 | |
VEGF-D | Arteriovenös åtkomst hos patienter i hemodialys | Adenovirus vektor | Vektorn injiceras i kollagenslingan | Inställt | ADV VANTAGE | http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00895479 |
Zinkfingerprotein, VEGF-A-promotor | HINK (inkl. KINK) | DNA-plasmid | Intramuskulär | http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00080392 | ||
Zinkfingerprotein, VEGF-A-promotor | amyotrofisk lateral skleros | DNA-plasmid | Intramuskulär | http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00748501 | ||
Zinkfingerprotein, VEGF-A-promotor | Diabetisk polyneuropati | DNA-plasmid | Intramuskulär | http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01079325 | ||
VEGF-A 165 | Diabetisk polyneuropati | DNA-plasmid | Intramuskulär | Symtomatisk förbättring | 37 |
Förkortningar: IHD — ischemisk hjärtsjukdom; HINK - kronisk ischemi i de nedre extremiteterna; KINK - kritisk ischemi i de nedre extremiteterna
Det första och enda genterapiläkemedlet för terapeutisk angiogenes registrerades i Ryssland 2011 (datum för Republiken Uzbekistan -28.09.2011). Läkemedlet är en plasmid supercoiled deoxiribonukleinsyra pCMV-VEGF165 som kodar för human vaskulär endoteltillväxtfaktor. Indikationer för användning av läkemedlet: i komplex terapi för revaskularisering vid ischemi i de nedre extremiteterna av aterosklerotiskt ursprung (IIa-III grad enligt A.V. Pokrovsky-Fontein).
Läkemedlet kom in på marknaden under handelsnamnet " Neovasculgen ". Det administreras lokalt, intramuskulärt, så nära det ischemiska området som möjligt och stimulerar utvecklingen av kollateral cirkulation. [2, 38, 39]
Enligt resultaten från kliniska studier av det ryska läkemedlet kan följande kliniska egenskaper hos terapeutisk angiogenes noteras:
Tabell 3. Resultat av användning av ett läkemedel baserat på en nukleinsyra (Neovasculgen) som kodar för VEGF i komplex konservativ terapi [17] .
Index | Baslinje | 90 dagar (n=44) | 1 år (n=39) | 2 år (n=19) | |||
Absolutvärde | Trend (%) | Absolutvärde | Trend (%) | Absolutvärde | Trend (%) | ||
DBH (m) | 125±17,6 | 302±223* | ↑140,4 | 551±432* | ↑338.7 | 826,3±654* | ↑560.8 |
PoI | 0,54±0,16 | 0,62±0,14 | ↑15 | 0,65±0,15* | ↑20.4 | 0,54±0,2* | |
TcPO2 mmHg Konst. | 63±19 | 76±7* | ↑21 | 77,6±6* | ↑23.2 | 88,2±9* | ↑40 |
* statistiskt signifikanta skillnader jämfört med baseline (p≤0,05, icke-parametriskt Wilcoxon-test).
Vid utvärdering av dynamiken hos indikatorer, med hänsyn till den initiala graden av ischemi, fann man att för alla grupper av patienter (IIA, IIB, stadium III av ischemi) en karakteristisk ihållande positiv dynamik. Således ökade avståndet för smärtfri gång i större utsträckning vid måttlig och svår ischemi, vilket framgår av ökningen med 90 dagar. med 160 % och 173 % med IIB och III Art. ischemi, respektive. Det verkar mycket signifikant att ABI i den svåraste patientgruppen ökade med mer än 0,1 från nivån 0,33±0,08 till 0,46±0,07 efter 90 dagar. och upp till 0,48±0,1 på ett år. Samma trend observerades när det gäller TcPO2 - hos mer allvarliga patienter noterades ett mer uttalat svar på behandlingen (en ökning med 35,2 % efter 90 dagar och 32,5 % efter ett år).
Tabell 4. Resultat av användning av ett läkemedel baserat på en nukleinsyra (Neovasculgen) som kodar för VEGF i komplex konservativ terapi [21] .
Observationsperiod | DBH, m | PoI | T med R O2 mm. rt. Konst. | |||||||
2a | 2b | 3 | 2a | 2b | 3 | 2a | 2b | 3 | ||
Baslinje | Absolutvärde | 293,5±132 (n=7) |
107,85±2,2 (n=24) |
48,35±2,7 (n=13) |
0,83±0,05 (n=7) |
0,58±0,09 (n=24) |
0,33±0,08 (n=13) |
77,3±6,3 (n=3) |
72,8±4,8 (n=24) |
54±16 (n=13) |
90 dagar | Absolutvärde | 708±492 * (n=7) |
280,3±136,5 * (n=24) |
132±58,5 * (n=13) |
0,86±0,03 (n=7) |
0,63±0,1 (n=24) |
0,46±0,07 * (n=13) |
82,7±6,2 (n=3) |
83±3 * (n=24) |
73±11 * (n=13) |
Trend, % | ↑141.2 | ↑160 | ↑173 | ↑3.6 | ↑8.6 | ↑39.4 | ↑6.9 | ↑14 | ↑35.2 | |
1 år | Absolutvärde | 1195,5±585 * (n=7) |
367,35±285,9 *' n=23) |
215±152 * (n=9) |
0,86±0,13 * (n=7) |
0,65±0,16 (n=23) |
0,48±0,1 * (n=9) |
83,1±5,9 (n=3) |
84,74±5,2 * (n=23) |
71,53±13 * (n=9) |
Trend, % | ↑307.3 | ↑243.3 | ↑344 | ↑3.6 | ↑12 | ↑45,5 | ↑7.5 | ↑16.4 | ↑32.5 |
* statistiskt signifikanta skillnader från baslinjen
' statistiskt signifikanta skillnader mellan 90 dagar. och 1 år (p≤0,05, icke-parametriskt Wilcoxon-test).
Bioteknik | |
---|---|
Områden för bioteknik | |
Relaterade artiklar |
|
Forskare | |
Popularisatorer |