Gefäßneubildung mittels nanomolekularer Gentherapie-Vektoren

Ein Myokardinfarkt führt häufig zu linksventrikulärer Dysfunktion, Kardiomyopathie und Herzversagen durch Zellschaden oder Zelltod aufgrund fehlender Sauerstoffversorgung des betroffenen Gewebes. Revaskularisierung von ischämischem Myokard verbessert zwar die globale Ventrikelfunktion signifikant, allerdings sprechen Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie oft nicht auf perkutane Revalskularisierung oder Koronararterien Bypass- Transplantation an. Dies führte zu intensiver Forschung auf dem Gebiet der alternativen Revaskularisierungsstrategien, wie dem Versuch Angiogenese durch eine Reihe von Wachstumsfaktoren, wie "Fibroblast Growth" Faktor oder "Vascular Endothelial Growth" Faktor zu erhöhen. Aufgrund seines starken angiogenetischen Effekts, sind wir der Meinung, dass lokale Sekretoneurin Therapie bei der Behandlung der ischämischen Kardiomyopathie effektiv wirksam sein könnte. Kürzlich wurde ein Gentherapie Vektor (Plasmid) für dieses neue angiogenetische Neuropeptid entwickelt und charakterisiert. In einem Tiermodell des peripheren arteriellen Verschlusses konnten vorteilhafte Effekte einer solchen Sekretoneurin Gentherapie gefunden werden, die belegen dass, die Durchblutung des ischämischen Beines und die Dichte der Kapillaren und Arterien erhöht, sowie die Fußnekrose reduziert wurde. Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der funktionellen und biochemischen Effekte von direkter myokardialer Injektion eines Sekretoneurin Gentherapie Vektors in einem Ratten Herzinfarktmodell. Neben dem unverpackten Plasmid, soll auch eine nanomolekulare Plasmidformulierung im Hinblick auf eine Erhöhung der kardialen Zelltransfektion entwickelt und untersucht werden. Für die Nanopartikelformulierung fiel die Wahl auf mit Thioglykolsäure modifiziertes Chitosan, da es stabile Formulierungen mit Plasmiden ermöglicht, deren Effektivität in vitro schon bewiesen werden konnte, sowie poly (lactic-co-glycolic)acid (PLGA), ein von der FDA zugelassenes Polymer, welches schon erfolgreich in vivo getestet wurde. Folgende Hypothese soll überprüft werden: Hat Sekretoneurin vorteilhafte Effekte auf die Regeneration des Herzens, indem es eine Vermehrung der therapeutischen Gefäßneubildung und eine darauf folgende Restauration des linken Ventrikels mit einem vorbeugenden Effekt gegen Herzversagen ermöglicht. Zusätzlich soll ein nanomolekularer Gentherapie Vektor entwickelt werden, der aus den multifunktionellen Polymeren Chitosan- Thioglykolsäure oder PLGA gebildet werden soll. In diesem Teil der Untersuchung, wird die Theorie überprüft, ob nanopartikuläre Plasmid Vektoren, die eine zeitverzögerte Freisetzung und einen Schutz des Plasmids gegen enzymatischen Abbau gewährleisten, die Zelltransfektion in einem therapeutisch interessantem Ausmaß erhöhen können.

Die Durchblutungsstörung des Herzens (koronare Herzerkrankung) ist eine sehr häufige Erkrankung die zusammen mit anderen Gefäßerkrankungen in industrialisierten Ländern die Todesursache Nummer 1 darstellt. Durch eine ständige Minderversorgung des Herzmuskels mit Sauerstoff oder durch einen Myokardinfarkt, bei dem es zu einem plötzlichen Verschluss eines großen Herzkranzgefäßes kommt, kann es zu einer starken Verschlechterung der Pumpfunktion des Herzens, zur sogenannten Herzinsuffizienz kommen. 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 . Wir konnten vor kurzem einen neuen angiogenetischen Faktor, das Neuropeptid Secretoneurin charakterisieren und testeten die Arbeitshypothese dass Gentherapie mit diesem Faktor eine Verbesserung in einem Tiermodell (Ratte) des Myokardinfarktes bewirkt. Nach Induktion des Infarktes bewirkte Secretoneurin Gentherapie eine Verbesserung der Pumpfunktion des Herzens (bestimmt durch Echokardiographie und invasiv mittels Katheter) und reduzierte die durch den Infarkt bedingte Fibrose. Secretoneurin Gentherapie führte auch zu einer Zunahme der Dichte an Kapillaren und Arterien in der Infarktregion was für die Induktion von Angiogenese und Arteriogenese spricht. Wir konnten außerdem nachweisen dass Secretoneurin positive Effekte auf humane koronare arterielle Endothelzellen (wie Hemmung der Apoptose und Stimulation der Proliferation) aufweist und in diesen Zellen Proteine der Signaltransduktion wie Akt oder MAPKinasen aktiviert. Interessanterweise konnten viele Effekte von Secretoneurin durch einen hemmenden Antikörper gegen Vascular Endothelial Growth Factor blockiert werden was dafür spricht, dass die Effekte von Secretoneurin durch diesen prominenten angiogenestischen Faktor mediiert werden. Wir konnten den Mechanismus dieses Zusammenspieles aufklären und zeigen, dass Secretoneurin die Bindung von Vascular Endothelial Growth Factor an seinen Rezeptor fördert. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden bereits im Journal Circulation (Albrecht-Schgoer et al., 2012) publiziert. Wir untersuchten außerdem ob nanomolekulare Vektoren die Transfektionseffizienz von Plasmidvektoren verbessert, konnten jedoch diesbezüglich keine Verbesserung erreichen. Zusammenfassend zeigen unsere Daten dass Secretoneurin Gentherapie zu einer Verbesserung in einem Tiermodell der Myokardischämie führt und zukünftige Studien sollen Möglichkeiten der verbesserten Transfektionseffizienz von Vektoren (z.B. Viren) und die Applikation von slow-release Peptid-Applikationen untersuchen um diese Therapie auch an Patienten anwenden zu können.