Vorgeschlagen Gentherapie für eine Herz-Rhythmus-Störungen, basierend auf Modellen aus der Patienten-Zellen

Forscher an der Boston-Kinderklinik Bericht die Schaffung der ersten menschlichen Gewebe-Modell eine erbliche Herzrhythmusstörungen, die Replikation zwei Patienten anormale herzrhythmen in einer Schale, und dann die Unterdrückung der Arrhythmie, die mit Gentherapie in einem Mausmodell. Ihre Arbeit, veröffentlicht in zwei Papieren, die im Juli 30 print-Ausgabe des journal Durchblutung, öffnet die Möglichkeit der Entwicklung von Einzel-Dosis der Gentherapie Behandlungen für erbliche Herzrhythmusstörungen, und vielleicht häufiger Herzrhythmusstörungen wie Vorhofflimmern.

„Unsere Hoffnung ist, zu geben, gen-Therapie in einer einzigen Dosis, die Arbeit auf unbestimmte Zeit“, sagt Vassilios Bezzerides, MD, PhD, behandelnden Kardiologen in der Vererbte Herzrhythmusstörungen-Programm an der Boston-Kinderklinik, die involviert war in beiden Studien. „Unsere Arbeit liefert proof-of-concept für eine übersetzbare Gentherapie-Strategie zu behandeln, die eine erbliche Herzrhythmusstörungen.“

Die beiden Studien konzentriert sich auf catecholaminergic polymorphe ventrikuläre Tachykardie (CPVT), eine führende Ursache für den plötzlichen Tod bei Kindern und Jungen Erwachsenen. Die Arrhythmie ist in der Regel ausgelöst durch körperliche oder emotionale Belastung, und wird erst deutlich, bei einem durchschnittlichen Alter von 12 Jahren, die Häufig zu einem plötzlichen Verlust des Bewusstseins.

Die derzeitige Behandlung besteht aus Medikamenten wie beta-Blocker und flecainid, Chirurgie zu trennen, Nerven innervating der linken Seite des Herzens implantierten cardioverter-defibrillator (was dazu führen kann zu lebensbedrohlichen Komplikationen im CPVT), und einfach dadurch, dass Kinder, die übung so wenig wie möglich.

„Behandlungen für CPVT sind derzeit noch sehr unzureichend: 25 bis 30 Prozent der Patienten haben wiederkehrende, lebensbedrohliche Arrhythmien trotz Behandlung“, sagt Bezzerides.

Gebäude arrhythmogenen Gewebes

Eine Studie, online veröffentlicht durch die Zirkulation Juli 17, verwendet, tissue Engineering Modelle zu untersuchen, wie CPVT arbeitet auf zellulärer und molekularer Ebene. Es war geführt von William T. Pu, MD, Boston Children ‚ s Hospital und Kevin Kit Parker, PhD, von der Boston-Kinder und der Harvard School of Engineering, Arts, and Sciences (SEAS).

Arbeiten mit der erblichen Herzrhythmusstörungen Programm, geführt von Dominic Abrams, MD, MBA, die Forscher erhalten Blutproben von zwei Patienten am Boston Children ‚ s Hospital, die hatte CPVT verursacht durch separate Mutationen in RYR2, die gen verknüpft, in den meisten Fällen CPVT. RYR2 kodiert für einen Kanal, aktiviert die Zellen zur Freisetzung Kalzium-der erste Schritt bei der Einleitung einer Herz-Kontraktion.

Die Wissenschaftler dann umprogrammiert Blut des Patienten Zellen zu induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) Zellen, in der Lage, nahezu alle Zelltypen. Aus diesen machten Sie kardiomyozyten (Herzmuskelzellen), die das CPVT Mutationen und mit Ihnen zu konstruieren, Modelle von Herz-Muskel-Gewebe.

„Die Zellen wurden ausgesät auf eine technische Oberfläche, so dass Sie aufgereiht in eine bestimmte Richtung, ähnlich wie die Herz-Muskel-organisiert ist“, erläutert der Pu, Direktor der Grundlagen-und Translationale Herz-Kreislauf-Forschung an der Boston Kinder. „Die Zellen haben eine sehr abnorme schlagen einzeln, aber nach der Montage in das Gewebe, Sie schlagen zusammen, eine bessere Modellierung der eigentlichen Krankheit. Das ist, warum tissue-level-Modellen sind wichtig.“

Belastungstest in einer Schale

Über eine so genannte optogenetische system, das team dann angewendet, Blaue Licht an einem Ende des Gewebes, um die Zellen zu aktivieren. Dies erzeugt einen Impuls, der sich entlang der Blatt-Zellen zu produzieren, die eine Kontraktion. Mit diesem system erstellten Sie einen „Belastungstest in eine Schale.“ Um zu simulieren Bewegung, Sie hat die Droge isoproterenol (ähnlich wie das Stresshormon Adrenalin) und angewandte Infrarot-Licht zu initiieren, schneller Herzschläge.

Diese Tests geholfen offenbaren CPVT zugrunde liegenden Mechanismen. Wenn gesunde Herzgewebe wurde die übung testen, calcium bewegt sich durch das Gewebe in gleichmäßigen Wellen. Aber im Gewebe der Modelle, die von Patienten mit CPVT -, calcium-Wellen bewegten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und in einigen teilen der Gewebe nicht an allen, die sich in einer abnormalen kreisförmigen Bewegung bekannt als re-entry-ähnlich wie, was passiert im wirklichen Leben.

„Wenn wir paced die Zellen schneller, die CPVT Gewebe nachhaltige re-entrant Arrhythmien, während die normalen Gewebe behandeln konnte, es in Ordnung“, sagt Pu.

Um zu verstehen, wie stress macht CPVT-Patienten anfällig für lebensbedrohliche Arrhythmien, Pu, Parker und Kollegen identifizierten Signalmoleküle, die, aktiviert durch Adrenalin, und dann Drogen genommen und CRISPR/Cas9 Genom-Bearbeitung selektiv zu hemmen oder Sie zu ändern.

Durch diese Strategie fanden Sie, dass im gesunden Herzgewebe, ein Enzym CaM-kinase (CaMKII) chemisch modifiziert RYR2, die Auslösung der Herz-und Muskelzellen zu Freigabe mehr Kalzium. CPVT In Zellen, diese änderung, kombiniert mit der erblichen RYR2 mutation zu verursachen übermäßige Kalzium-Spiegel in Zellen, die Ausscheidungen von Herzrhythmusstörungen.

„Die Natur entwickelt CaMKII als Teil der Kampf-oder-Flucht-Reaktion“, erklärt Pu. „Wenn Sie sich jetzt aufregen, lassen Sie mehr calcium, so dass das Herz kann schneller schlagen. Aber wenn RYR2 mutiert ist, der Kanal ist undicht, so dass die Zelle frei von zu viel calcium verursacht Herzrhythmusstörungen.“

Wenn die Forscher blockierten die CaMKII änderung, Sie eliminiert die Herzrhythmusstörungen, die in das Gewebe-Modell. Sie hat den gleichen Effekt, wenn Sie blockiert CaMKII selbst mit dem Peptid AIP, ein potenter und selektiver CaMKII-inhibitor.

„Die Kopplung von iPS-Technologie und-Organe auf chips bietet neue Möglichkeiten für Untersuchungen in der Präzisions-Medizin und den Patienten zugute kommen“, betont Parker. „Unsere vision ist es, um diese Technologien zu nutzen, um Bildschirm von Patienten mit seltenen Erkrankungen für die klinische Studie Einschreibung. Durch die Replikation der Krankheit des Patienten in vitro-test können wir Kandidaten Therapien, die auf die Erkrankung des Patienten und Messen die Sicherheit und Wirksamkeit, so dass die richtigen Patienten untersucht werden, mit der richtigen Droge.“

Die Hemmung der CaMKII mit gen-Therapie

Weil die CaMKII-Enzym wirkt auf viele Gewebe neben der Herz — und erforderlich ist, um das Gehirn für die Ausbildung des Gedächtnisses-das team wollte in der Lage sein, zur Hemmung von CaMKII im Herzen speziell. In einer separaten Studie, online veröffentlicht durch die Auflage am 3. Juni, ein team unter der Leitung von Bezzerides und Pu getestet, eine gen-Therapie-Ansatz in einem Maus-Modell der CPVT.

Sie konstruierten einen speziellen virus, Injektion in Mäusen mit CPVT, selektiv reisten, um die Herzen und geliefert AIP. Tests zeigten, dass die AIP wurde zum Ausdruck gebracht, in etwa 50 Prozent der Zellen des Herzens, genug zu unterdrücken, Herzrhythmusstörungen, aber nicht deutlich ausgedrückt in nicht-Herz Gewebe einschließlich des Gehirns.

Die Forscher planen nun, zu verfeinern Ihre Gentherapie-Strategie und testen Sie es in einem großen Tiermodell und schließlich in Patienten mit CPVT, wahrscheinlich in Zusammenarbeit mit anderen medizinischen Zentren.

Einen Allgemeinen Ansatz für die Herz-Krankheit?

Bezzerides und Pu-glauben, dass die Therapie wirksam sein könnte für Patienten mit CPVT verursacht durch eine Vielzahl von RYR2-Mutationen (mehr als 160 Mutationen wurden berichtet). Und Sie glauben, dass Ihre gesamte Strategie, die Hemmung der CaMKII im Herzen könnte helfen, behandeln die häufigsten Ursachen von Herzerkrankungen.

„CaMKII ist nicht erforderlich für die normale Funktion des Herzens, aber es wird aktiviert, in vielen Formen von Herzkrankheiten“, sagt Pu. „In Maus-Modellen von vielen Formen von Herzerkrankungen, wie der ischämischen Kardiomyopathie, Vorhofflimmern, oder hypertrophen Kardiomyopathie, einer chronischen CaMKII-Aktivierung ist schädlich. Es ist möglich, dass unser gen-Therapie-Ansatz der CaMKII-inhibition könnte die Ergebnisse verbessern, die in diesen anderen Arten von Herz-Krankheit.“

Vassilios Bezzerides war der erste Autor auf dem gen-Therapie-Papier. William Pu-senior-Autor. Ana Caballero, Suya Wang, Yulan Ai, Robyn J. Hylind, Fujian Lu, Danielle A. Heims-Waldron, Kristina D. Chambers, Donghui Zhang und Dominic J. Abrams, die alle von Boston Children ‚ s Hospital, waren Mitautoren. (Cabellero ist jetzt bei Oncorus, Inc.). Die Studie wurde finanziert von der National Institutes of Health, der American Heart Association, Boston Children ‚ s Heart Center, die Mannion und Roberts Familie, die Sarnoff Herz-Kreislauf-Forschung-Stiftung.

Sung-Jin Park von der Harvard-MEEREN und Donghui Zhang von der Boston Children ‚ s Hospital waren mit-erste Autoren auf dem CPVT Gewebe zu studieren. William Pu, Kit Parker, waren co-senior-Autoren. Mitautoren waren Yan Qi und Pengcheng Yang der Hubei University, China; Yifei Li, Vassilios Bezzerides, Xujie Lou, Fujian Lu, Judith Geva, Amy Roberts und Dominic Abrams, des Boston Children ‚ s Hospital; Kiel Yong Lee, Sean Kim, Francesco Pasqualini, und Patrick Campbell von der SEE; und Andre Kleber des Beth Israel Deaconess Medical Center. Pu und Parker sind auch Mitglieder des Harvard Stem Cell Institute.

Förderer enthalten die Nationalen Institute der Gesundheit, dem Boston Children ’s Translationale Investigator-Service, dem Boston Children‘ s Heart Center, die Mannion und Roberts Familien, MEERE, dem Wyss Institute, der National Science Foundation und der American Heart Foundation.