Investigadores del Hospital de Niños de Boston informan que crearon el primer modelo de tejido humano de una arritmia cardíaca hereditaria, replicaron los ritmos cardíacos anormales de dos pacientes en un plato y luego suprimieron la arritmia con terapia génica en un modelo de ratón. Su trabajo, publicado en dosdocumentos en la edición impresa del 30 de julio de la revista circulación , abre la posibilidad de desarrollar tratamientos de terapia génica de dosis única para las arritmias hereditarias, y quizás las arritmias más comunes, como la fibrilación auricular.
"Nuestra esperanza es administrar terapia génica en una dosis única que funcione de manera indefinida", dice Vassilios Bezzerides, MD, PhD, cardiólogo asistente en el Programa de arritmias cardíacas hereditarias en el Boston Children's Hospital que participó en ambos estudios.el trabajo proporciona una prueba de concepto para una estrategia de terapia génica traducible para tratar una arritmia cardíaca hereditaria ".
Los dos estudios se centraron en la taquicardia ventricular polimórfica catecolaminérgica TVPC, una de las principales causas de muerte súbita en niños y adultos jóvenes. La arritmia generalmente se desencadena por el ejercicio o el estrés emocional, y primero se hace evidente a una edad promedio de 12 años, a menudocomo una pérdida repentina de conciencia
El tratamiento actual consiste en medicamentos como betabloqueantes y flecainida, cirugía para desconectar los nervios que inervan el lado izquierdo del corazón, un desfibrilador cardioversor implantado que puede provocar complicaciones potencialmente mortales en la TVPC y simplemente hacer que los niños hagan ejerciciotan poco como sea posible.
"Los tratamientos para la TVPC actualmente son bastante inadecuados: del 25 al 30 por ciento de los pacientes tendrán arritmias recurrentes potencialmente mortales a pesar del tratamiento", dice Bezzerides.
Construyendo tejido arrítmico
Un estudio, publicado en línea por circulación 17 de julio, usé modelos de ingeniería de tejidos para investigar cómo funciona la CPVT a nivel celular y molecular. Fue dirigida por William T. Pu, MD, del Boston Children's Hospital y Kevin Kit Parker, PhD, de Boston Children's y Harvard's School ofIngeniería, Artes y Ciencias SEAS.
Trabajando con el Programa de arritmias cardíacas hereditarias, dirigido por Dominic Abrams, MD, MBA, los investigadores obtuvieron muestras de sangre de dos pacientes en el Boston Children's Hospital que tenían TVPC causada por mutaciones separadas en RYR2, el gen vinculado a la mayoría de los casos de TVPC.RYR2 codifica un canal que permite a las células liberar calcio, el primer paso para iniciar una contracción cardíaca.
Luego, los científicos reprogramaron las células sanguíneas de los pacientes para que se convirtieran en células madre pluripotentes inducidas iPS, capaces de producir prácticamente todos los tipos de células. A partir de ellas, fabricaron cardiomiocitos células del músculo cardíaco que portaban las mutaciones de CPVT y las usaron para construir modelosdel tejido del músculo cardíaco.
"Las células se sembraron en una superficie diseñada para que se alinearan en una dirección específica similar a cómo se organiza el músculo cardíaco", explica Pu, quien es director de Investigación Cardiovascular Básica y Traslacional en Boston Children's. "Las células tienen muylatidos anormales individualmente, pero después del ensamblaje en el tejido, se unen, modelando mejor la enfermedad real. Es por eso que los modelos a nivel de tejido son importantes ".
Prueba de ejercicio en un plato
Usando un llamado sistema optogenético, el equipo luego aplicó luz azul a un extremo del tejido para activar las células. Esto creó un impulso que se movió a lo largo de la lámina de células para producir una contracción. Usando este sistema, crearon un"prueba de ejercicio en un plato". Para simular el ejercicio, agregaron el medicamento isoproterenol similar a la hormona del estrés adrenalina y aplicaron luz infrarroja para iniciar latidos cardíacos más rápidos.
Esta prueba ayudó a revelar los mecanismos subyacentes de la TVPC. Cuando el tejido cardíaco sano se sometió a la prueba de ejercicio, el calcio se movió a través del tejido en ondas uniformes. Pero en los modelos de tejidos hechos de pacientes con TVPC, las ondas de calcio se movieron a velocidades variables, y en algunas partes deel tejido en absoluto, lo que resulta en un movimiento circular anormal conocido como reentrada, muy parecido a lo que sucede en la vida real.
"Cuando estimulamos las células más rápido, el tejido CPVT sufrió arritmias reentrantes, mientras que el tejido normal podría manejarlo bien", dice Pu.
Para comprender cómo el estrés hace que los pacientes con TVPC sean vulnerables a arritmias potencialmente mortales, Pu, Parker y sus colegas identificaron moléculas de señalización que son activadas por la adrenalina, y luego usaron drogas y la edición del genoma CRISPR / Cas9 para inhibirlas o modificarlas selectivamente.
A través de esta estrategia, encontraron que en el tejido cardíaco sano, una enzima llamada CaM quinasa CaMKII modifica químicamente RYR2, provocando que las células del músculo cardíaco liberen más calcio. En las células CPVT, esta modificación se combina con la mutación hereditaria RYR2 paracausar niveles excesivos de calcio en las células, lo que precipita las arritmias.
"La naturaleza diseñó CaMKII como parte de la respuesta de lucha o huida", explica Pu. "Cuando te excitas, liberas más calcio para que el corazón pueda latir más rápido. Pero cuando RYR2 está mutado, el canal tiene fugas, así quela célula libera demasiado calcio, lo que causa arritmia ".
Cuando los investigadores bloquearon la modificación de CaMKII, eliminaron las arritmias en el modelo de tejido. Obtuvieron el mismo efecto cuando bloquearon CaMKII con el péptido AIP, un inhibidor de CaMKII potente y selectivo.
"El acoplamiento de la tecnología iPS y los órganos en chips ofrece nuevas oportunidades para estudios en medicina de precisión y el beneficio de los pacientes", señala Parker. "Nuestra visión es utilizar estas tecnologías para detectar pacientes con enfermedades raras para la inscripción en ensayos clínicos. Porreplicando la enfermedad del paciente in vitro, podemos probar terapias candidatas sobre la enfermedad del paciente y medir la seguridad y la eficacia, de modo que los pacientes correctos se hagan la prueba con el medicamento correcto ".
inhibición de CaMKII con terapia génica
Debido a que la enzima CaMKII actúa en muchos tejidos al lado del corazón, y el cerebro lo requiere para la formación de la memoria, el equipo quería inhibir específicamente el CaMKII en el corazón. En un estudio separado, publicado en línea por circulación el 3 de junio, un equipo dirigido por Bezzerides y Pu probó un enfoque de terapia génica en un modelo de ratón de CPVT.
Diseñaron un virus especial que, inyectado en ratones con CPVT, viajó selectivamente al corazón y entregó AIP. Las pruebas mostraron que AIP se expresó en aproximadamente el 50 por ciento de las células cardíacas, suficiente para suprimir las arritmias, pero no se expresó significativamente entejidos del corazón, incluido el cerebro.
Los investigadores ahora planean refinar su estrategia de terapia génica y probarla en un modelo animal grande y eventualmente en pacientes con TVPC, probablemente en colaboración con otros centros médicos.
¿Un enfoque general para la enfermedad cardíaca?
Bezzerides y Pu creen que la terapia podría ser efectiva para pacientes con TVPC causada por una variedad de mutaciones RYR2 se han reportado más de 160 mutaciones. Y creen que su estrategia general de inhibir CaMKII en el corazón podría ayudar a tratar causas más comunesde enfermedades del corazón.
"CaMKII no es necesaria para la función cardíaca normal, pero se activa en muchas formas de enfermedad cardíaca", dice Pu. "En modelos de ratón de muchas formas de enfermedad cardíaca, como la miocardiopatía isquémica, la fibrilación auricular o la miocardiopatía hipertrófica,la activación crónica de CaMKII es perjudicial. Es posible que nuestro enfoque de terapia génica para la inhibición de CaMKII pueda mejorar los resultados en estos otros tipos de enfermedades cardíacas ".
Vassilios Bezzerides fue el primer autor del artículo sobre terapia génica. William Pu fue el autor principal. Ana Caballero, Suya Wang, Yulan Ai, Robyn J. Hylind, Fujian Lu, Danielle A. Heims-Waldron, Kristina D. Chambers, Donghui Zhangy Dominic J. Abrams, todos del Boston Children's Hospital, fueron coautores Cabellero está ahora en Oncorus, Inc.. El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud, la Asociación Estadounidense del Corazón, el Centro Infantil del Corazón de Boston, el Mannion yRoberts y la Fundación de Investigación Cardiovascular Sarnoff.
Sung-Jin Park de Harvard SEAS y Donghui Zhang del Boston Children's Hospital fueron los primeros autores del estudio de tejido CPVT. William Pu y Kit Parker fueron coautores principales. Los coautores fueron Yan Qi y Pengcheng Yang de la Universidad de Hubei, China; Yifei Li, Vassilios Bezzerides, Xujie Lou, Fujian Lu, Judith Geva, Amy Roberts y Dominic Abrams, del Boston Children's Hospital; Keel Yong Lee, Sean Kim, Francesco Pasqualini y Patrick Campbell de SEAS; y Andre Kleber de Beth IsraelDeaconess Medical Center. Pu y Parker también son miembros del Harvard Stem Cell Institute.
Los financiadores incluyeron los Institutos Nacionales de Salud, el Servicio de Investigadores Traslacionales del Boston Children's, el Boston Children's Heart Center, las familias Mannion y Roberts, SEAS, el Instituto Wyss, la National Science Foundation y la American Heart Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Boston Children's Hospital . Original escrito por Nancy Fliesler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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