Rigenerazione delle cellule cardiache dopo un infarto tramite microRNA

Il successo ottenuto nell'induzione della rigenerazione delle cellule miocardiche nei piccoli mammiferi grazie alla terapia a base di microRNA incoraggia a perfezionare le metodologie di somministrazione per poter passare successivamente a testare la terapia sugli esseri umani

631

C’è un impellente bisogno di sviluppare nuove terapie per l’infarto miocardico e l’insufficienza cardiaca. Una nuova ed entusiasmante possibilità terapeutica è quella di ottenere la rigenerazione cardiaca attraverso la stimolazione della capacità endogena dei cardiomiociti di proliferare.

La prova del concetto di rigenerazione cardiaca indotta da microRNA è disponibile in animali di piccola e grande taglia che utilizzano vettori virali. Tuttavia, una strategia clinicamente più applicabile è lo sviluppo di nanotecnologie mediate da lipidi per la somministrazione di RNA terapeutici come molecole sintetiche.

Il recente successo della particella lipidica dell’acido nucleico stabile(SNALP) per la generazione di nanoparticelle lipidiche di dimensioni nanometriche, efficienti e non infiammatorie apre la strada allo sviluppo di nanoformulazioni iniettabili di microRNA attraverso il cateterismo cardiaco.

La necessità clinica di rigenerazione cardiaca

È impellente il bisogno clinico di sviluppare nuovi approcci terapeutici per l’infarto del miocardio (IM), al fine di prevenire il rimodellamento cardiaco disadattivo e la fibrosi, due segni distintivi dell’insufficienza cardiaca (HF). Il trattamento farmacologico per infarto miocardico e insufficienza cardiaca non si è evoluto in modo significativo dalla metà degli anni ’90, poiché la maggior parte dei farmaci si basa su concetti fisiopatologici sviluppati oltre 30 anni fa.

Sebbene vi sia speranza negli effetti cardiovascolari degli inibitori SGLT2 per il trattamento dell’insufficienza cardiaca, l’effetto di questi farmaci è stato scoperto casualmente nel corso di studi clinici antidiabetici e non c’è ancora una spiegazione unanime per i loro meccanismi di azione. Da notare, per condizioni che sono tanto diffuse come l’infarto miocardico e lo scompenso cardiaco, non è attualmente disponibile alcuna terapia biologica (a base di proteine, anticorpi, acidi nucleici o cellule).

Nell’ultimo decennio, è emerso chiaramente che una delle ragioni principali alla base della prevalenza dell’HF riguarda l’incapacità del cuore di rigenerarsi dopo un danno. L’IM può uccidere fino al 25% di Cellule Miocardiche (CM) nel ventricolo sinistro in modo acuto. Inoltre, le CM vengono uccise durante molte altre condizioni più croniche, che vanno dalle cardiomiopatie ereditarie alla tossicità cardiaca indotta da farmaci. Ciò contrasta con il tasso di rinnovamento delle CM nella vita adulta, che si stima sia inferiore all’1% di nuova generazione delle CM all’anno, troppo basso per fornire un beneficio clinico.

---L'articolo continua dopo la pubblicità---

A differenza di altri organi in cui la formazione e la rigenerazione dei tessuti è sostenuta da cellule staminali che persistono per tutta la vita, i progenitori cardiaci generano CM solo durante le prime fasi dello sviluppo cardiaco. Di conseguenza, la riparazione cardiaca dopo un insulto dipende dalla capacità delle CM di entrare nel ciclo cellulare e duplicarsi.

Advertisement

La proliferazione dei CM, tuttavia, rimane robusta durante tutto lo sviluppo embrionale e fetale e si interrompe improvvisamente dopo la nascita, per ragioni che sfuggono ancora alla nostra piena comprensione. Ciò contrasta con altre specie, come anfibi e pesci, in cui la replicazione delle CM, e quindi la rigenerazione cardiaca dopo il danno, può continuare per tutta la vita. Pertanto, lo sviluppo di strategie terapeutiche che stimolano la proliferazione cardiaca nell’età adulta offre un’opportunità senza precedenti per ottenere la rigenerazione cardiaca dopo un infarto miocardico e altre condizioni che determinano la perdita di CM.

Stimolazione della rigenerazione cardiaca da parte dei microRNA

Negli ultimi anni, c’è stata una raffica di nuove informazioni sulla possibilità di ottenere la rigenerazione cardiaca stimolando la capacità endogena delle CM di proliferare. Una delle strategie più interessanti a questo riguardo è modulare il trascrittoma CM attraverso il percorso di interferenza dell’RNA (RNAi).

microRNA (miRNA) che possono stimolare la proliferazione delle CM possono essere classificati in uno di tre gruppi. Nonostante la sua assenza nel genoma del roditore, il miR-1825 è tra i miRNA più efficaci nel guidare la proliferazione di cellule di topo e di ratto quando viene somministrato per via esogena.

---L'articolo continua dopo la pubblicità---

Un modo più efficace per esprimere i microRNA nelle CM è attraverso il trasferimento genico del loro DNA pri-miRNA utilizzando vettori AAV, che mostrano un tropismo specifico per le CM e altre cellule post-mitotiche. L’espressione di miR-199a da AAV sierotipo 9 (AAV) nei topi e AAV6 nei suini induce la rigenerazione cardiaca e un marcato miglioramento della funzione cardiaca, come valutato nel tempo rispettivamente mediante ecocardiografia e risonanza magnetica cardiaca.

L’uso dei vettori AAV per la rigenerazione cardiaca, tuttavia, presenta due problemi critici. In primo luogo, questi vettori persistono ed esprimono i loro transgeni indefinitamente. Ciò non è auspicabile per una molecola pro-rigenerativa, soprattutto perché la proliferazione delle CM richiede una parziale de-differenziazione di queste cellule, con un potenziale rischio in termini di aritmogenicità. In secondo luogo, la generazione di un miRNA maturo efficace, a filamento singolo all’interno delle cellule dipende dall’attività del RISC complesso, che può generare molecole di RNA attivo sia 5p che 3p dallo stesso miRNA a doppio filamento. Nel caso del miR-199a, mentre il miR-199a-3p è pro-rigenerativo, il miR-199a-5p può esercitare effetti indesiderati nel cuore.

Per superare entrambe queste limitazioni dei vettori AAV, un’opzione molto interessante è fornire direttamente il filamento di miRNA desiderato in modo transitorio come molecola sintetica utilizzando nanoformulazioni lipidiche.

Nanoformulazioni lipidiche per il rilascio di RNA non codificante

C’è stato un recente entusiasmo nella possibilità di sfruttare vari strumenti nanotecnologici per la somministrazione di terapeutici RNAi, anche in riferimento ad applicazioni cardiovascolari.

Advertisement

I lipoplessi sono strumenti efficienti per la trasfezione cellulare con miRNA (o siRNA). Tuttavia, la loro grande dimensione delle particelle (spesso >1 μm), la dissociazione delle molecole di acido nucleico sulla superficie esterna, l’aggregazione per opsonizzazione una volta in circolo, la tossicità e l’infiammazione in vivo ostacolano significativamente la loro clinica utilizzazione.

Alcune delle carenze dei lipoplessi caricati positivamente possono essere superate dall’uso di lipidi neutri, che mostrano una migliore biodistribuzione e una ridotta clearance dalla circolazione. Un esempio di questi lipidi neutri è il preparato commerciale MaxSuppressor in vivo RNA-LANCEr II, composto da DOPC, olio di squalene, polisorbato 20 e un antiossidante. Questa formulazione è stata utilizzata per la somministrazione endovenosa quotidiana del miR302b/c pro-rigenerativo, miR-19a/19b o miR-708 nei topi. Inoltre, miR-199a-3p è stato utilizzato con successo anche in nanoparticelle polimeriche lipidiche (DSPE-PEG) all’interno di un idrogel per indurre la rigenerazione cardiaca dopo l’iniezione intramiocardico.

Dopo somministrazione sistemica, la maggior parte dei LNP si accumula nel fegato, seguito da milza, reni, polmoni e poi cuore [ 42 ]. La dimensione delle particelle non sembra influenzare in modo significativo questo modello di distribuzione [ 41 ]. Ciò evidenzia una sfida sia nella formulazione di LNP che nella via di somministrazione per il loro utilizzo nella rigenerazione cardiaca. Tuttavia, la maggior parte degli studi disponibili sulla biodistribuzione sono condotti in tessuti sani e non infiammati. In caso di infiammazione, aumenta la permeabilità dei vasi , con conseguente effetto di permeabilità e ritenzione potenziata (EPR). Resta da determinare se l’effetto EPR dopo MI potrebbe essere sufficiente per promuovere l’accumulo cardiaco preferenziale di LNP durante la loro somministrazione sistemica.

---L'articolo continua dopo la pubblicità---

Il cuore è suscettibile di somministrazione diretta intra-tissutale. Ciò può essere ottenuto attraverso un accesso chirurgico, cioè una mini-toracotomia seguita da un rilascio transepicardico, o un’iniezione intraventricolare utilizzando un approccio basato su catetere percutaneo, per ottenere un rilascio trans-endocardico (Figura 2). L’approccio transepicardico è semplice in termini di accesso miocardico, ma è irto di problemi legati alla cardiochirurgia. Al contrario, l’approccio percutaneo è un metodo di somministrazione meno invasivo e più fattibile. Almeno quattro cateteri sono stati sviluppati per erogare il trattamento mediante un approccio trans-endocardico attraverso la cavità ventricolare, una procedura relativamente comune eseguita in diversi cateterismi cardiaci.

figura 2

Percorsi per la somministrazione di terapie RNAi.

L’approccio più praticabile per la somministrazione di LNP cardiaco sembra essere tramite la somministrazione intracoronarica, poiché questa procedura viene eseguita di routine in tutto il mondo per cateterismo cardiaco sinistro e l’intervento coronarico percutaneo. La somministrazione di LNP può essere eseguita mediante infusione dopo la risoluzione dell’occlusione completa o parziale del flusso coronarico con palloncino. In alternativa all’infusione coronarica anterograda, l’LNP può essere somministrato mediante infusione retrograda attraverso il sistema venoso. Questo approccio, che è comunemente usato in cardiochirurgia per fornire un’efficace cardioplegia, può aumentare l’efficacia della trasfezione, specialmente in modo transepicardico.

Advertisement

Prossimamente sugli esseri umani

Il successo ottenuto nell’induzione della rigenerazione delle cellule miocardiche nei piccoli mammiferi grazie alla terapia a base di microRNA incoraggia a perfezionare le metodologie di somministrazione per poter passare successivamente a testare la terapia sugli esseri umani.

C’è da rilevare che questa terapia ha successo nel riogenerare le cellule miocardiche nell’immediatezza dell’infarto, indicendone la proliferazione. Questa terapia sarebbe tardiva e probabilmente inutile una volta iniziata la cicatrizzazione del tessuto danneggiato. Detto questo, l’idea di poter disporre di una terapia post-infartuale in grado di limitare, o addirittura annullare, l’insufficienza cardiaca che normalmente segue all’infarto è incoraggiante.

Advertisement