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LA INFLAMACIÓN COMO DIANA TERAPÉUTICA PARA LA MEJORA DE LA REPARACIÓN Y REGENERACIÓN CARDIACA David García-Dorado García Institut de Recerca Hospital Universitari Vall d'Hebron Alicia García Arroyo Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III

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LA INFLAMACIÓN COMO DIANA TERAPÉUTICA PARA LA

MEJORA DE LA REPARACIÓN Y REGENERACIÓN

CARDIACA

David García-Dorado García

Institut de Recerca Hospital Universitari Vall d'Hebron

Alicia García Arroyo

Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III

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1. Resumen

Uno de los principales retos de la investigación clínica en cardiología es encontrar

nuevos enfoques que ayuden a la regeneración de órganos en lugar de trasplantarlos.

En los últimos años, para regenerar el corazón lesionado se ha usado la terapia celular

con éxito limitado. Por lo tanto, se necesita encontrar nuevas estrategias que permitan

regenerar el miocardio de pacientes con insuficiencia cardíaca severa. Dado que

durante la respuesta inflamatoria determinados subconjuntos de macrófagos y células

endoteliales pueden mostrar capacidad reparadora, nuestra hipótesis es que la

modulación de estas células inflamatorias podría promover la regeneración del

miocardio infartado. En este proyecto multidisciplinario hemos analizado la respuesta

inflamatoria cardíaca mediante perfiles de expresión de mARN y miARN en todo el

genoma, y técnicas de imagen en varios modelos experimentales con lesión cardíaca.

Mediante el uso de modelos murinos con diferentes modificaciones genéticas, se ha

explorado la función de moléculas inflamatorias clave y subconjuntos de células en la

promoción de la regeneración del corazón. Este proyecto identifica la proteasa MT1-

MMP como un objetivo molecular cuya inhibición selectiva en macrófagos puede

beneficiar el remodelado cardíaco y la función después del infarto al promover una

mejor respuesta arteriogénica.

2. Resultados

Caracterización molecular y celular de la respuesta inflamatoria en el corazón

dañado

Los macrófagos son células plásticas que cambian dinámicamente su fenotipo funcional

para ejecutar un amplio espectro de funciones. El conocimiento del comportamiento de

los macrófagos cardíacos y su regulación transcripcional es limitado, particularmente

después de una lesión isquémica. En este proyecto hemos realizado y comparado la

activación de macrófagos en 3 modelos murinos de lesión miocárdica: lesión por frío,

ligadura permanente de la arteria coronaria descendente anterior izquierda (ligadura

de DA) y ligadura transitoria de la DA en la cepa de ratón C57BL/6. El análisis

ecocardiográfico en estos modelos mostró un aumento progresivo de los volúmenes

ventriculares izquierdos telediastólico y telesistólico, y una reducción de la fracción de

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eyección, lo que confirma el proceso de remodelado ventricular y la validez de nuestros

modelos experimentales de lesión.

Las células inflamatorias presentes en el corazón lesionado se aislaron y se clasificaron

las diferentes subpoblaciones por citometría de flujo en condiciones basales y en

diferentes momentos del protocolo experimental. Nuestros datos revelaron un

panorama transcripcional complejo y dinámico en la activación de los macrófagos en

respuesta al infarto de miocardio, sugiriendo que los macrófagos postinfarto son

mezclas de fenotipos con características tanto proinflamatorias como antiinflamatorias.

Durante las primeras horas después de la lesión isquémica hay una rápida infiltración

de macrófagos con un fenotipo proinflamatorio en el miocardio afectado, que es

máxima después de 24 horas y disminuye progresivamente a partir de ese momento.

Los macrófagos con un perfil antiinflamatorio alcanzan su máxima presencia en el

miocardio lesionado entre los días 3 y 7. La infiltración de subtipos de macrófagos en el

miocardio no lesionado sigue el mismo patrón cinético pero en menor grado.

Análisis del efecto de la modulación de la inflamación sobre la reparación del

corazón después de la lesión isquémica

Con el objetivo de conocer el efecto que tiene la modulación de determinados

receptores expresados en macrófagos sobre el remodelado ventricular y función

postinfarto hemos sometido a un protocolo de oclusión coronaria transitoria y 28 días

de reperfusión a varias líneas de ratones transgénicos, y hemos analizado la función

cardíaca y el remodelado mediante ecocardiografía e histología. Adicionalmente, hemos

profundizado nuestro análisis en el fenotipo cardíaco de ratones cuyos macrófagos

carecen de la metaloproteinasa de membrana de matriz tipo 1 (MT1-MMP).

En un primer conjunto de experimentos, el efecto de la depleción de macrófagos en la

remodelación miocárdica postinfarto se analizó mediante la ablación inducible de

macrófagos en ratones con expresión del receptor para la toxina diftérica

exclusivamente en monocitos/macrófagos. En estos ratones la administración de toxina

diftérica en el momento deseado provoca la muerte de los monocitos/macrófagos que

expresan el receptor. Aunque la eliminación de los macrófagos en condiciones basales

no produjo ningún efecto aparente, su depleción al inicio de la reperfusión aumentó

marcadamente la tasa de mortalidad y empeoró el proceso de remodelación y el

rendimiento funcional en los animales que completaron el protocolo experimental.

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Estos resultados demuestran que la infiltración de macrófagos durante la reperfusión

miocárdica es necesaria para el proceso de remodelación postinfarto.

En un segundo conjunto de experimentos, el impacto funcional de la supresión de los

receptores nucleares activados por proliferador de peroxisoma (PPARγ), y del receptor

retinoide X (RXRαβ), así como de la metaloproteinasa de membrana de matriz tipo 1

(MT1-MMP) en la población mieloide se determinó mediante el uso de modelos murinos

transgénicos. La supresión selectiva de PPARγ o RXRαβ en macrófagos no produjo

ningún efecto significativo en la tasa de mortalidad ni en los parámetros

ecocardiográficos o el tamaño de la cicatriz y fibrosis postinfarto.

Por el contrario, la deleción de MT1-MMP en los macrófagos dio lugar a una reducción

significativa de la dilatación del ventrículo izquierdo y mejoró la recuperación funcional

después de 28 días de reperfusión. Esta contribución de la MT1-MMP mieloide a la

remodelación y reparación del corazón también se ha confirmado en los modelos de

lesión por frío y oclusión coronaria permanente. Los estudios complementarios

mediante inmunofluorescencia y microscopía confocal mostraron que el miocardio

postinfarto de ratones que carecen de MT1-MMP contiene un mayor número de

arteriolas. Este cambio en el fenotipo arteriogénico podría modificar la respuesta a la

hipoxia y a la reducción de flujo sanguíneo, y explicar el beneficio observado en el

proceso de remodelado y en la función cardíaca.

3. Interés científico y social del proyecto

Las enfermedades cardiovasculares (enfermedades del corazón y de los vasos

sanguíneos, como el infarto de miocardio, las arritmias cardíacas y los accidentes

cerebrovasculares) representan la primera causa de muerte a nivel mundial y causan

un tercio de todas las muertes (Atlas of Heart Disease and Stroke, OMS, 2004). Las

ECV reducen drásticamente la esperanza de vida, la calidad de vida, los años de

trabajo y la movilidad. Los costes anuales directos e indirectos asociados a estas

enfermedades en la Unión Europea se estiman en 192.000 millones de euros

(www.heartstats.org/eucosts). Durante las próximas décadas se prevé un aumento de

la incidencia de enfermedades cardiovasculares por el envejecimiento de la población,

el aumento de la obesidad y la diabetes, y, paradójicamente, el éxito de las

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intervenciones quirúrgicas y farmacológicas en la fase aguda del proceso patológico.

Un número significativo de pacientes con infarto de miocardio sufre un remodelado del

ventrículo izquierdo con efecto adverso, lo que conduce a la insuficiencia cardíaca. En

la actualidad, el trasplante cardíaco representa el único medio de reemplazar el

músculo perdido. Desde su irrupción en el ámbito clínico, la terapia celular ha supuesto

un medio alternativo al trasplante para lograr la reparación cardíaca. Sin embargo,

presenta varias limitaciones tales como una baja tasa de arraigo de las células en el

corazón y un bajo potencial cardiomiogénico de las células de la médula ósea, así como

la necesidad de optimizar métodos de administración celular más eficientes. En base a

estas limitaciones, nuestro proyecto propone una estrategia alternativa como es

promover la regeneración del corazón mediante la modulación de la inflamación,

evitando con ello la necesidad de terapias basadas en células madre.

El conocimiento científico básico obtenido en este proyecto podría ser transferido a

medio plazo a la sociedad en forma de terapias basadas en el uso de inhibidores de

MT1-MMP (anticuerpos monoclonales u otras estrategias como nanocuerpos o dibodies)

en macrófagos. Por otra parte, toda la información molecular adquirida mediante

secuenciación de ARN proporcionará un nuevo marco molecular para la identificación

de hubs moleculares (miARN-mARN, por ejemplo) que podrían ser en el futuro dianas

terapéuticas para antagomirs (silenciadores de miARN endógeno). Por último, esta

información molecular también podría proporcionar nuevos biomarcadores de la

progresión del remodelado y disfunción cardíaca y de la respuesta al tratamiento. En

conjunto, el resultado de este proyecto podría influir a medio plazo en el desarrollo de

nuevos tratamientos y estrategias diagnósticas para mejorar la supervivencia y la

calidad de vida del paciente con insuficiencia cardíaca, con el consiguiente impacto

económico en la sociedad.