Czy nowoczesne terapie genowe mogą zmienić przyszłość leczenia choroby tętnic obwodowych?

Naukowcy wykazali, że zintegrowane podejście łączące zaawansowane technologie molekularne z precyzyjnymi terapiami genowymi otwiera nową erę w leczeniu choroby tętnic obwodowych (PAD). Mimo że PAD dotyka ponad 200 milionów ludzi na świecie, tradycyjne metody leczenia – modyfikacja stylu życia, farmakoterapia oraz zabiegi chirurgiczne – przynoszą niezadowalające rezultaty. U około 13% pacjentów choroba progresuje do przewlekłego niedokrwienia kończyn zagrażającego ich utracie (CLTI), gdzie ryzyko zgonu w ciągu roku sięga 30%.

Badacze wykorzystali nowoczesne technologie analizy molekularnej, takie jak sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek (Sc RNAseq) oraz transkryptomikę przestrzenną, by na niespotykaną dotąd skalę poznać mechanizmy prowadzące do uszkodzenia naczyń. Te metody umożliwiają obserwację tysięcy komórek jednocześnie i identyfikację genów odpowiedzialnych za rozwój zmian miażdżycowych. Dzięki temu wskazano kluczowe cele terapeutyczne, których modulacja może realnie wpłynąć na przebieg choroby.

Równolegle rozwijane są innowacyjne platformy terapii genowej – od wirusów adenozależnych (AAV), przez małe interferujące RNA (siRNA), aż po rewolucyjną technologię edycji genomu CRISPR/Cas9. Te narzędzia pozwalają nie tylko czasowo modyfikować aktywność genów, ale także wprowadzać trwałe zmiany w genomie, co może definitywnie zlikwidować przyczyny choroby. Badania przedkliniczne wskazują, że terapie celujące w geny takie jak A20, PCSK9 czy TSP-2 skutecznie zapobiegają powstawaniu blaszek miażdżycowych i przerostu wewnętrznej warstwy naczyń.

Co sprawia, że choroba tętnic obwodowych jest tak groźna dla zdrowia i życia?

Choroba tętnic obwodowych (PAD) to postępujące zwężenie tętnic kończyn dolnych spowodowane odkładaniem się blaszek miażdżycowych. Choć często pozostaje niezdiagnozowana, jej globalny wpływ jest znaczący – dotyka ponad 200 milionów ludzi na świecie. Około 20% pacjentów doświadcza objawów, które dzielą się na dwie główne kategorie: chromanie przestankowe oraz przewlekłe niedokrwienie zagrażające kończynie.

Chromanie przestankowe objawia się bólem mięśni kończyn dolnych pojawiającym się podczas wysiłku i ustępującym po odpoczynku. Choć sam w sobie pozostaje stosunkowo łagodny, często współwystępuje z chorobą naczyń wieńcowych i zwiększa ryzyko zgonu. U około 13% pacjentów stan ten progresuje do przewlekłego niedokrwienia zagrażającego kończynie (CLTI), charakteryzującego się bólem spoczynkowym lub utratą tkanki. CLTI niesie ze sobą poważne ryzyko amputacji, a śmiertelność w ciągu roku może sięgać 30%.

Choroba generuje także ogromne obciążenie finansowe dla systemu opieki zdrowotnej. Rocznie w Ameryce Północnej i Europie odnotowuje się ponad 400 tysięcy hospitalizacji związanych z PAD, co odzwierciedla wysoką liczbę ponownych interwencji. Roczne koszty opieki nad jednym pacjentem wynoszą średnio 11 453 dolarów. Te liczby podkreślają nie tylko medyczne, ale i ekonomiczne znaczenie poszukiwania skuteczniejszych metod leczenia.

W jaki sposób zaawansowane technologie molekularne rewolucjonizują rozumienie PAD?

Niepowodzenie dwudziestoletniej próby klinicznej PREVENT III, wykorzystującej antysensowne oligonukleotydy E2F, uwidoczniło złożone interakcje między genami pro- i antymiażdżycowymi. To doświadczenie podkreśliło konieczność lepszego poznania mechanizmów choroby przed wyborem skutecznych celów terapeutycznych. Niedawno opracowane technologie, które znacząco poprawiły głębokość i szczegółowość analizy interakcji genowych i komórkowych, oferują wyjątkową szansę wypełnienia tej luki.

Sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek (Sc RNAseq) zapewnia wysokorozdzielczą ocenę odpowiedzi na procesy chorobowe na poziomie pojedynczych komórek w heterogenicznych tkankach wielokomórkowych. Technologia ta umożliwia analizę transkryptomów tysięcy pojedynczych komórek, dostarczając bezprecedensowy poziom szczegółowości do identyfikacji genów patogennych lub ochronnych wpływających na wyniki złożonych patologii. U pacjentów z PAD technologia Sc została wykorzystana do identyfikacji genów promujących zanik w mięśniach szkieletowych, charakteryzowania różnic fenotypowych komórek śródbłonka między mężczyznami i kobietami oraz identyfikowania nowych szlaków przyczyniających się do patogennej zmiany fenotypu komórek mięśni gładkich w blaszkach miażdżycowych.

Transkryptomika przestrzenna rozwiązuje problem braku informacji o rozmieszczeniu przestrzennym różnie wyrażanych genów w danej tkance. Komercyjnie dostępne technologie transkryptomiki przestrzennej, takie jak Visium czy GeoMx, opierają się na wychwytywaniu in situ różnie wyrażanych genów przy użyciu sond mRNA na preparatach dostosowanych do mrożonych lub parafinowych skrawków tkankowych. Co niezwykłe, można zidentyfikować ponad 18 000 unikalnych genów. Te technologie okazały się niezwykle cenne w wyjaśnianiu dynamicznych i przestrzennych interakcji międzykomórkowych napędzających patologię nowotworową, a oczekuje się, że odegrają podobnie kluczową rolę w rozszyfrowywaniu molekularnych podstaw PAD.

Integracja wielomodalnych analiz omicznych – genomiki, proteomiki i metabolomiki z transkryptomiką – łagodzi ograniczenia wynikające z analizy samego tylko transkryptomu, pomijającej regulatory upstream i downstream. To kompleksowe podejście dostarcza pełnego obrazu patogenezy choroby od DNA po białko. Proteomika umożliwia identyfikację i kwantyfikację tysięcy białek, w tym na poziomie pojedynczych komórek w tkankach, co jest kluczowe dla rozróżnienia funkcji lub dysfunkcji komórkowej w procesach chorobowych.

Które geny stanowią najbardziej obiecujące cele dla nowych terapii PAD?

Sukces ukierunkowanych terapii molekularnych zależy od ich znaczącego wkładu w patogenezę choroby. Platformy analityczne wykorzystujące modele uczenia maszynowego i narzędzia sztucznej inteligencji usprawniają analizy bioinformatyczne dużych zbiorów danych omicznych i budowanie sieci interakcji. Wyniki tych analiz umożliwiają identyfikację węzłów, których celowanie jest przewidywane jako głęboko wpływające na rozwój choroby bez powodowania nieakceptowalnych działań niepożądanych.

Lipoproteina(a) i PCSK9 to kluczowe cele terapeutyczne w kontekście miażdżycy. Lipoproteina(a), zawierająca apolipoproteinę B100, jest prozapalną, trombogenną i aterogenną lipoproteiną, której podwyższone poziomy są silnie powiązane z chorobami sercowo-naczyniowymi, w tym PAD. Około 20-25% populacji światowej ma podwyższone poziomy Lp(a). Odkrycie PCSK9, cząsteczki degradującej receptory LDL, zaproponowano jako nowy cel terapeutyczny do obniżania poziomów LDL, w tym Lp(a). Przeciwciała monoklonalne anty-PCSK9, takie jak Evolocumab i Alirocumab, obniżyły poziomy Lp(a) o 20-25% i cholesterolu LDL o ponad 50%, znacząco redukując poważne niepożądane zdarzenia sercowe i kończynowe u pacjentów z PAD.

TNFAIP3/A20 to gen zależny od czynnika jądrowego kappa beta (NF-κB), który negatywnie reguluje jego aktywację. Wybitna pozycja A20 wśród fizjologicznych odpowiedzi przeciwzapalnych jest oczywista u myszy z nokautem, które są wyniszczone przy urodzeniu i umierają w wieku 4 tygodni z powodu niepohamowanego wielonarządowego zapalenia. A20 wykazuje wielorakie funkcje przeciwzapalne i ochronne dla naczyń. W komórkach śródbłonka i mięśniówki gładkiej naczyń A20 blokuje sygnały aterogenne wywołane przez NF-κB i interferon gamma. Badania przedkliniczne z wykorzystaniem terapii opartych na A20 skutecznie potwierdziły jego działanie ochronne dla naczyń, w tym zapobieganie i regresję przerostu błony wewnętrznej w modelu zwężenia tętnicy szyjnej u szczurów.

Jakie innowacyjne platformy dostarczania terapii genowej są najbliżej zastosowania klinicznego?

Ciągły postęp w rozwoju bezpieczniejszych i bardziej wydajnych wektorów terapii genowej – wirusowych i niewirusowych – oraz technologii edycji genomu ożywił dziedzinę terapii genowej i poszerzył jej zastosowania kliniczne. Obecne platformy do przejściowej ekspresji transgenu obejmują wektory niewirusowe, takie jak plazmidowe DNA, antysensowne oligonukleotydy, małe interferujące RNA (siRNA) i kołowe RNA (CircRNA), a także wektory wirusowe, w tym rekombinowane adenowirusy i wirusy adenozależne (AAV).

Wirus adenozależny (AAV) znajduje się na czele klinicznie stosowanych wektorów wirusowej terapii genowej. Kilka wariantów AAV otrzymało zatwierdzenie FDA do leczenia różnych chorób genetycznych. AAV jest niepatogenny dla ludzi i charakteryzuje się solidnym profilem bezpieczeństwa. Zalety wektorów opartych na AAV obejmują możliwość użycia promotorów specyficznych dla typu komórek w celu ograniczenia działań niepożądanych, wysoką ekspresję transgenu i wydajność transdukcji oraz przedłużoną ekspresję transgenu trwającą od miesięcy do lat.

Małe interferujące RNA (siRNA) to niekodujące dwuniciowe RNA, które zakłócają ekspresję określonych genów poprzez tworzenie heterodimerów z komplementarnymi sekwencjami w docelowych niciach mRNA, prowadząc do katalitycznej degradacji mRNA. Transfekcja siRNA wywołuje szybkie wyciszenie genu, z istotną regulacją w dół obserwowaną już po 24 godzinach. W ciągu ostatnich 2 dekad opracowano liczne terapie oparte na siRNA, w tym 3 leki siRNA zatwierdzone przez FDA i 7 kolejnych w badaniach klinicznych fazy 3. Obiecujące badania na zwierzętach wykazały skuteczność terapii siRNA w łagodzeniu przerostu błony wewnętrznej i miażdżycy.

Edycja genów CRISPR/Cas9 umożliwia wydajną i programowalną edycję genów. Kompleksy CRISPR/Cas9 składają się z pojedynczego prowadzącego RNA (sgRNA) i endonukleazy Cas9. Zaprojektowana sekwencja sgRNA kieruje kompleks CRISPR/Cas9 do docelowego lokusu genu, gdzie nukleaza Cas9 rozpoznaje i indukuje specyficzne dla miejsca przerwanie dwuniciowego DNA. CRISPR/Cas9 umożliwia trwałą edycję genów, którą można wykorzystać do leczenia spektrum chorób genetycznych, w tym tych zwiększających ryzyko miażdżycy, takich jak autosomalna dominująca rodzinna hipercholesterolemia. Edycja genów CRISPR/Cas9 celująca w geny LPA i PCSK9 (VERVE-1) weszła we wczesne badania kliniczne na ludziach z obiecującymi wynikami.

Jak nowoczesne biomateriały usprawniają dostarczanie terapii genowych do naczyń?

Stenty uwalniające geny (GES) to stałe lub biodegradowalne rusztowania zaprojektowane do miejscowego dostarczania genów do ściany naczynia. Ściana GES jest zazwyczaj utrwalona niewirusowymi (nanocząsteczki, siRNA lub plazmidy) lub wirusowymi (adenowirus lub AAV) wektorami zawierającymi docelowy transgen. GES mają na celu rozwiązanie niedociągnięć obecnych stentów uwalniających leki (DES), które nadal są nękane wysokimi wskaźnikami restenoz i późnych zdarzeń zakrzepowych. Wiele DES, a mianowicie stentów powlekanych paklitakselem i sirolimusem, bez różnicy blokuje proliferację komórek mięśni gładkich i komórek śródbłonka, co upośledza ponowną endotelializację krytyczną dla zapobiegania progresji zmian przerostu błony wewnętrznej.

Hydrożele to trójwymiarowe usieciowane sieci polimerowe naturalnie występujących lub syntetycznych biomateriałów zdolne do utrzymywania dużych ilości wody, co czyni je wysoce biokompatybilnymi. Ze względu na ich z natury modyfikowalne cechy, w tym biodegradowalność i kinetykę uwalniania, hydrożele stanowią optymalne nośniki do dostarczania genów w różnych zastosowaniach do leczenia PAD i jego powikłań, w tym przyspieszania gojenia ran i zapobiegania niewydolności przeszczepu żylnego. Hydrożele zawierające VEGF lub mi-233 wykazały przyspieszone gojenie ran, nawet u pacjentów z cukrzycą.

Bioinżynieria naczyniowa stanowi odpowiedź na problem braku odpowiednich żył u około 30-40% pacjentów, którzy wymagają użycia alternatywnych przewodów, takich jak protezy naczyniowe do pomostowania tętnic kończyn dolnych. Niestety, wskaźniki drożności protez naczyniowych są słabe, wahając się od 42 do 55% po 3 latach. Ostatnie przełomy w decellularyzacji bioinżynierowanych naczyń, a następnie repopulacji po implantacji, dają optymizm co do przyszłego wykorzystania tych naczyń. Niedawne badanie prospektywne podkreśla obietnicę tych ludzkich acelularnych naczyń (HAV) – HAV używane do pomostowania udowo-podkolanowego wykazały 58% pierwotnej drożności po 2 latach bez dowodów strukturalnej niewydolności lub odrzucenia.

Czy terapie genowe staną się standardem w leczeniu chorób naczyń?

Przełomowe odkrycia w dziedzinie terapii genowej i technologii multiomicznych fundamentalnie zmieniają podejście do leczenia choroby tętnic obwodowych. Zidentyfikowano kluczowe cele molekularne – od PCSK9 i lipoproteiny(a), przez A20 i TSP-2, po eNOS i MARCKS – których modulacja skutecznie zapobiega powstawaniu i progresji zmian miażdżycowych w badaniach przedklinicznych. Opracowano zaawansowane platformy dostarczania terapii, w tym wektory AAV, siRNA, CircRNA oraz rewolucyjną edycję genomu CRISPR/Cas9, które umożliwiają precyzyjne, bezpieczne i trwałe modyfikacje genetyczne. Innowacyjne biomateriały – stenty uwalniające geny, hydrożele i bioinżynierowane naczynia – pozwalają na miejscowe, ukierunkowane dostarczanie terapii bez ryzyka działań ogólnoustrojowych. Pierwsze badania kliniczne z użyciem edycji genów CRISPR/Cas9 u ludzi przyniosły obiecujące rezultaty, co budzi uzasadnioną nadzieję na rychłe wdrożenie podobnych terapii w leczeniu PAD i zapobieganiu jego powikłaniom, w tym utracie kończyn.

Pytania i odpowiedzi