Μελέτη των αγγειογενετικών και αρτηριογενετικών ιδιοτήτων της θρομβίνης σε πειραματικό μοντέλο ισχαιμίας κάτω άκρων

Abstract

Compared with angiogenesis, arteriogenesis is a distinct process based on the remodeling and maturation of pre-existing arterioles into large conductance arteries. Therapeutic angiogenesis has been proposed as a potential treatment for ischemic atherosclerotic diseases. Since a variety of angiogenic factors have been tested with inconsistent so far clinical results, the challenge remains in identifying the factor(s) that will stimulate functional neovascularization. Thrombin has been reported to play a pivotal role in the initiation of angiogenesis by regulating and organizing a network of angiogenic mediators. Also, it was recently demonstrated that thrombin is a potent anti-apoptotic factor for endothelial cells, providing evidence on a potential role of thrombin in vascular protection and maintenance of vessel integrity. Based on these observations, we hypothesized that thrombin may promote the development of mature functional blood vessels. We have shown that thrombin promoted the formation of large collateral vessels and improved the perfusion of distal ischemic tissue in a rabbit hindlimb ischemia model. These results provide new insights in understanding the involvement of thrombin in vascular formation and point to a novel role of thrombin in arteriogenesis. Interplay between angiogenic growth factors and vascular maturation mechanisms are essential for the cascade of reactions involved in arteriogenesis, i.e. development of large conductance collateral vessels that may adequately compensate for atherosclerotic arterial occlusions. Thrombin stimulated robust collateral networks in the ischemic limbs, which was associated with a significant recovery of ischemic tissue perfusion as assessed by in-vivo perfusion studies. This may provide the basis for applications of thrombin and its nonthrombogenic analogs in therapeutic angiogenesis.

Η αγγειογένεση είναι η βασική διαδικασία κατά την οποία τα αγγεία αναπτύσσονται από ήδη υπάρχοντα. Αποτελεί βασική προϋπόθεση για ένα μεγάλο αριθμό φυσιολογικών και παθολογικών διαδικασιών. Πρόσφατα καθιερώθηκε ο όρος αρτηριογένεση εστιάζοντας στην διαδικασία με την οποία ένα προϋπάρχον μικρό αρτηριόλιο ωριμάζει και αναδιαμορφώνεται σε ένα μεγαλύτερο αρτηρίδιο που μπορεί να άγει πολύ μεγαλύτερη ποσότητα αίματος στη μονάδα του χρόνου ως απάντηση στην αυξημένη ενδαγγειακή ροή και πίεση αίματος. Έτσι, η ενεργοποίηση της αρτηριογένεσης και η αιμοδυναμική υποβοήθηση των υπαρχόντων παραπλεύρων αγγείων (θεραπευτική αγγειογένεση) αποτελεί σήμερα έναν ελκυστικό ερευνητικό στόχο με σκοπό την επαναιμάτωση και συνεπώς σωτηρία ευαίσθητων στην ισχαιμία ιστών όπως η καρδιά, ο εγκέφαλος και τα άκρα. O τομέας της θεραπευτικής αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης αποτελεί σήμερα ένα ταχέως εξελισσόμενο πεδίο στην σύγχρονη έρευνα του καρδιαγγειακού συστήματος. Η στεφανιαία και περιφερική αρτηριακή αθηροσκλήρωση αποτελεί παγκοσμίως την πρωτεύουσα καρδιαγγειακή αιτία θνησιμότητας και νοσηρότητας. Σε πολλούς ασθενείς δεν είναι εφικτή ούτε η διαδερμική ενδοαγγειακή αντιμετώπιση με αγγειοπλαστική και μεταλλικές ενδοπροθέσεις (stents) ούτε η χειρουργική επαναγγείωση του ισχαιμούντος ιστού μέσω αρτηριακής παράκαμψης (bypass). Έτσι η έρευνα για τα καρδιαγγειακά νοσήματα έχει εστιάσει την προσοχή της σε νέους ελάχιστα επεμβατικούς τρόπους επαναιμάτωσης, όπως είναι η θεραπευτική αγγειογένεση με ενδοαρτηριακή, ενδομυϊκή ή περιαγγειακή έγχυση διαφόρων αγγειογενετικών παραγόντων οι οποίοι διεγείρουν τα ενδογενή αγγειογενετικά βιοχημικά μονοπάτια και προάγουν την ανάπτυξη παράπλευρου δικτύου (αρτηριογένεση) ικανού να αναστρέψει την ιστική ισχαιμία και υποξία. Διάφοροι αγγειογενετικοί παράγοντες έχουν δοκιμαστεί στην κλινική πράξη για την ενίσχυση του παράπλευρου αρτηριδιακού δικτύου στην στεφανιαία νόσο και στην περιφερική αγγειοπάθεια με αμφιλεγόμενα μέχρι τώρα αποτελέσματα. Η θρομβίνη είναι ένα ένζυμο με δραστικότητα σερινοπρωτεάσης που αποτελεί μόριο κλειδί στους βιοχημικούς καταρράκτες της πήξης και αιμόστασης. Πρόσφατες έρευνες έχουν αποδείξει επίσης ότι η θρομβίνη ενεργοποιεί την διαδικασία της αγγειογένεσης μέσω μηχανισμών εξαρτώμενων και ανεξάρτητων από την πήξη του αίματος. Πρόσφατα βρέθηκε ότι η θρομβίνη συμμετέχει στις διεργασίες επιβίωσης των ενδοθηλιακών κυττάρων. Αυτό μπορεί να ανοίξει νέους ορίζοντες όσον αφορά το γενικότερο ρόλο της θρομβίνης στην αγγειοπροστασία και τη συμβολή της στη διατήρηση της ακεραιότητας του τοιχώματος των αγγείων. Η αλληλεπίδραση των αγγειογενετικών αυξητικών παράγοντων και των διαφόρων μηχανισμών αγγειοπροστασίας είναι ουσιώδης τόσο για την ανάπτυξη όσο και για την ωρίμανση των νέων αιμοφόρων αγγείων κατά την εξέλιξη των φαινομένων της αγγειογένεσης και της αρτηριογένεσης. Σκοπός της συγκεκριμένης ερευνητικής δουλειάς ήταν η δοκιμασία, επιβεβαίωση, και κατά κύριο λόγο η σύγκριση της αγγειογενετικής δραστηριότητας της θρομβίνης με άλλους καταξιωμένους αυξητικούς παράγοντες σε ένα in vivo μοντέλο ισχαιμίας κάτω άκρων, με απώτερο στόχο την εφαρμογή της για την πρόκληση θεραπευτικής αγγειογένεσης και επαναιμάτωσης στα πλαίσια κλινικών συνδρόμων ισχαιμίας. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν καινοτόμες πειραματικές μεθοδολογίες για την πρόκληση, μορφολογική απεικόνιση και λειτουργική μελέτη της αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης στα κάτω άκρα κονίκλων. Μελετήσαμε τις αρτηριογενετικές ιδιότητες της θρομβίνης σε ένα μοντέλο αμφοτερόπλευρης ισχαιμίας κάτω άκρων κονίκλου και δείξαμε για πρώτη φορά ότι η εξωγενής χορήγηση θρομβίνης ενισχύει το σχηματισμό νέων λειτουργικών και σταθερών παράπλευρων αγγειακών δικτύων και αποκαθιστά την αιματική άρδευση των ίσχαιμων κάτω άκρων. Η παρούσα μελέτη παρέχει τα πρώτα επιστημονικά δεδομένα για την αρτηριογενετική δράση της θρομβίνης, η οποία πιθανόν υπερέχει άλλων κλασσικών αγγειογενετικών παραγόντων (bFGF, VEGF). Επιπλέον εξετάσαμε διάφορα δοσολογικά σχήματα χορήγησης του μορίου της θρομβίνης και επιβεβαιώσαμε την αγγειογενετική της δράση τόσο σε ένα χειρουργικό, όσο και σε ένα ελάχιστα επεμβατικό ενδοαγγειακό μοντέλο αμφοτερόπλευρης ισχαιμίας των οπίσθιων άκρων του κονίκλου. Η επιτυχία της επαναιμάτωσης με θρομβίνη επαληθεύτηκε τόσο μορφολογικά με ψηφιακή αγγειογραφία όσο και λειτουργικά με σύγχρονα πρωτόκολλα υπολογιστικής τομογραφίας αιματώσεως.