Secretoneurin Gentherapie und therapeutische Angiogenese

Unter therapeutischer Angiogenese versteht man die durch unterschiedliche Wachstumsfaktoren induzierte Neubildung von Blutgefässen mit dem Ziel die Bildung von Umgehungskreisläufen (Kollateralen) nach arteriellen Gefässverschlüssen zu verstärken. Diese Therapie könnte eine mögliche therapeutische Massnahme für Patienten mit koronarer Herzerkrankung oder peripherer arterieller Verschlusskrankheit darstellen, bei denen andere Therapieoptionen nicht mehr erfolgreich sind. Die am besten untersuchten Moleküle, die diesen Prozess mediieren sind Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und Vertreter der Fibroblast Growth Factor (FGF) Familie. Während VEGF in großen randomisierten Studien nur einen geringen Effekt zeigte, konnte die Gentherapie mit FGF-1 nach neueren Ergebnissen bei Patienten mit schwerer peripherer arterieller Verschlusskrankheit die Amputationshäufigkeit reduzieren. Wir konnten kürzlich zeigen, dass das Neuropeptid Secretoneurin (SN), das Effekte auf vaskuläre Zellen aufweist und in Nervenfasern, die entlang von Blutgefässen lokalisiert sind vorkommt, Angiogenese und Vaskulogenese induziert. Wir konnten außerdem nachweisen, dass SN spezifisch in Skelettmuskelzellen durch Hypoxie verstärkt exprimiert wird, was für einen möglichen Effekt dieses Faktors in der angiogenetischen Antwort auf Sauerstoffmangel durch Durchblutungsstörungen sprechen könnte. Wir konnten weiters ein SN exprimierendes Plasmid als gentherapeutischen Vektor herstellen, charakterisierten das rekombinante SN Molekül und konnten in ersten Experimenten positive Effekte im Ischämie-Modell des Hinterbeines der Maus, einem klassischen Tiermodel für Angiogenese, durch SN Gentherapie nachweisen. In dem beantragten Projekt möchten wir unsere ersten Ergebnisse der SN Gentherapie im Ischämie-Modell des Hinterbeines der Maus weiterverfolgen und neben der Gewebsdurchblutung auch die klinische und funktionelle Abheilung untersuchen. Das geplante Projekt enthält 2 spezifische Ziele: 1. Secretoneurin Plasmid Gentherapie bei Hinterbein-Ischämie in diabetischen, hyperlipidämischen und alten Mäusen 2. Effekt der Secretoneurin Gentherapie in der durch endotheliale Progenitor Zellen mediierten Gefäßneubildung (Vaskulogenese) im Hinterbein-Ischämie Modell der Maus Im 1. spezifischen Ziel wollen wir den Effekt der SN-Gentherapie mittels intramuskulärer Plasmidinjektion im Modell der Hinterbein-Ischämie bei Mäusen mit vaskulärem Risikoprofil wie Diabetes, Hyperlipidämie und alten Mäusen evaluieren. Im 2. spezifischen Ziel möchten wir untersuchen ob SN Gentherapie die Blutgefäßneubildung durch endotheliale Progenitor Zellen in diesem Modell fördert. Die Gesamtdauer dieses Projektes umfasst 24 Monate.

Die periphere arterielle Verschlusskrankheit ist eine sehr häufige Erkrankung die im schlimmsten Fall zur kritischen Extremitätenischämie führen kann, die wiederum durch eine sehr schlechte Prognose bezüglich Überleben des Patienten und der Gefahr der Beinamputation gekennzeichnet ist. Ein signifikanter Prozentsatz dieser Patienten hat keine Möglichkeit der Revaskularisation mehr und würde möglicherweise von neuen Therapieformen wie der therapeutischen Angiogenese profitieren. Als Angiogenese bezeichnet man die Neubildung von Blutgefäßen durch die Wirkung von angiogenetischen Faktoren wie den Vascular Endothelial Growth Factor oder den Fibroblast Growth Factor (FGF). Wir konnten vor kurzem einen neuen angiogenetischen Faktor, das Neuropeptid Secretoneurin (SN), charakterisieren und testeten die Arbeitshypothese dass Gentherapie mit diesem Faktor eine Verbesserung in einem Tiermodell der kritischen Extremitätenischämie in Mäusen mit vaskulären Risikofaktoren wie Alter, Diabetes oder Hypercholesterinämie bewirkt. Nach Induktion der Hinterbeinischämie bewirkte SN Gentherapie eine Verbesserung der Durchblutung des Beines (bestimmt durch Laser Doppler Perfusionsmessungen) und reduzierte Nekrosen von Zehen und Beinen bei Mäusen mit fortgeschrittenem Alter. SN Gentherapie führte auch zu einer Zunahme der Dichte an Kapillaren und Arterien in den ischämischen Muskeln was für die Induktion von Angiogenese und Arteriogenese spricht. Wir konnten außerdem mit FACS Analyse und durch konfokale Mikroskopie nachweisen dass es durch SN zu einer Zunahme von endothelialen Progenitorzellen im ischämischen Muskel kommt. Vom zugrunde liegenden Mechanismus scheint Stickstoffmonoxid (NO) eine Rolle in der SN-induzierten Angiogenese zu spielen und wir konnten außerdem zeigen, dass SN in Endothelzellen andere angiogenetische Faktoren wie FGF oder Platelet-Derived Growth Factor hochreguliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden bereits im Journal Circulation Research (Schgoer et al., 2009) publiziert. Wir untersuchten außerdem die Wirkung von SN Gentherapie in diesem Modell bei Mäusen mit Diabetes und Hypercholesterinämie, weiteren wichtigen vaskulären Risikofaktoren, und konnten zeigen dass SN auch bei diesen Tieren die Durchblutung verbesserte und Nekrosen verhindern konnte. Außerdem konnten wir zeigen dass SN die Dichte an Blutgefäßen in den Muskeln erhöhte und in-vitro konnten wir nachweisen, dass SN Apoptose von Endothelzellen durch Exposition von hochdosierter Glukose verhinderte. Zusammenfassend zeigen unsere Daten dass SN Gentherapie zu einer Verbesserung in einem Tiermodell der kritischen Extremitätenischämie führt und zukünftige Studien sollen Möglichkeiten der verbesserten Transfektionseffizienz von Plasmidvektoren untersuchen um diese Therapie auch an Patienten anwenden zu können.