Strategie di intervento basate sul condizionamento (ConBIS)

Sfondo

Contesto clinico - condizioni infiammatorie e correlate all'ischemia La pandemia di malattie cardiovascolari ha immensi effetti negativi sulla salute della popolazione globale e sull'aspettativa di vita. Gli eventi ischemici acuti più dannosi sono l'infarto del miocardio e l'ictus. L'insufficienza d'organo causata da sindromi da ischemia-riperfusione come l'ictus e l'infarto miocardico costituisce la principale causa di morte a livello globale e comporta un vasto onere socio-economico. Complessivamente, si stima che 17 milioni di persone in tutto il mondo muoiano per malattie cardiovascolari (7,4 milioni per cardiopatia ischemica e 6,7 milioni per ictus). I tentativi di modificare il fattore di rischio e la crescita correlata allo stile di vita nelle malattie cardiovascolari sono importanti e hanno avuto successo in alcune parti del mondo, ma il miglioramento del trattamento delle malattie cardiovascolari acute e croniche è fondamentale per alleviare il carico della malattia.

In condizioni ischemiche acute come l'infarto miocardico e l'ictus, il ripristino precoce e riuscito della perfusione tissutale a seguito di un evento ischemico è la strategia più efficace per ridurre il danno tissutale e migliorare l'esito clinico, ma la riperfusione può indurre un ulteriore danno tissutale stesso, il cosiddetto danno da riperfusione . Sebbene le strategie di riperfusione continuino a progredire con il miglioramento della logistica e delle cure mediche, anche un trattamento ottimale di riperfusione acuta può lasciare i pazienti con malattia ischemica cronica. In realtà, poiché la sopravvivenza iniziale è migliorata grazie ai miglioramenti nella terapia di riperfusione acuta, il numero di pazienti con cardiopatia ischemica cronica sta crescendo a livello globale (più di 35 milioni di persone in tutto il mondo soffrono di insufficienza cardiaca). Collettivamente, i pazienti con insufficienza cardiaca hanno un tasso di sopravvivenza a 5 anni inferiore rispetto ai pazienti con la maggior parte dei tipi di cancro. Tuttavia, lo sviluppo di farmaci efficaci per colpire gli effetti dannosi del danno da riperfusione stesso ha dimostrato di essere una sfida. Diverse strategie farmacologiche che mostrano effetti convincenti nei modelli animali di danno da ischemia-riperfusione non sono riuscite a tradursi in beneficio clinico.

Una caratteristica chiave dell'insufficienza cardiaca causata dalla cardiopatia ischemica cronica è l'infiammazione, che condivide i meccanismi con altre condizioni infiammatorie come la malattia infiammatoria intestinale e la spondilite anchilosante. Ulteriormente debilitante, l'insufficienza cardiaca esercita anche un effetto negativo sull'attività fisica abituale e sulla salute del tessuto muscolare scheletrico, producendo molteplici effetti dannosi sul metabolismo e sulla mobilità di tutto il corpo. Un tratto meccanicistico sottostante comune di questi processi potrebbe essere la regolazione mediante la circolazione di piccoli RNA non codificanti (micro RNA o miRNA/miR).

Background scientifico Condizionamento ischemico remoto Il principale determinante prognostico dell'esito nell'infarto miocardico acuto è l'entità del danno tissutale (dimensione dell'infarto), che è determinato non solo dalla durata dell'ischemia ma anche dal danno causato dal danno da riperfusione. Il Remote Ischemic Conditioning (RIC) è una nuova modalità di trattamento per attenuare il danno da riperfusione. La protezione dell'organo mediante RIC può essere ottenuta semplicemente inducendo 3 o 4 cicli di cinque minuti di ischemia dell'arto e riperfusione utilizzando un laccio emostatico o un semplice bracciale per la misurazione della pressione sanguigna. Con poche eccezioni, è stato costantemente dimostrato che RIC esercita una potente protezione contro il danno da ischemia-riperfusione nel cuore, cervello, reni, polmoni e fegato in modelli animali e RIC è stato tradotto con successo nell'uso clinico. Un vantaggio specifico di RIC è la sua facile applicabilità durante l'ischemia in corso dell'organo bersaglio, che è stata sfruttata in modelli animali e nell'uomo per dimostrare che RIC riduce le lesioni durante l'evoluzione dell'infarto miocardico e dell'ictus.

Mentre i mediatori e i meccanismi della RIC rimangono da identificare, è stato dimostrato che la RIC 1) induce la citoprotezione, 2) migliora la funzione endoteliale e la microcircolazione e 3) modifica l'infiammazione - tutti e tre attori chiave nella patologia alla base dell'insufficienza cardiaca - suggerendo un potenziale potente strumento per contrastare simultaneamente i processi biologici dannosi coinvolti nello sviluppo dell'insufficienza cardiaca. Il RIC può avere un ulteriore potenziale perché il RIC continuato dopo l'infarto del miocardio sembra indurre benefici sostenuti durante il successivo rimodellamento avverso del cuore. Gli effetti antinfiammatori possono essere importanti in altre condizioni che comportano infiammazione acuta o cronica.

Ischemia e condizionamento con esercizio di resistenza a flusso sanguigno limitato L'esercizio è tradizionalmente classificato e praticato come esercizio di resistenza aerobica che richiede ossigeno con effetto sulle proprietà metaboliche o esercizio di resistenza che sollecita meccanicamente con effetto sulle proprietà contrattili. Oltre agli effetti miocellulari locali, l'esercizio sembra promuovere la comunicazione interorgano molecolare. In effetti, studi recenti hanno dimostrato la capacità dei regimi di esercizio tradizionali di proteggere ad es. danno da ischemia-riperfusione miocardica e anche per migliorare la funzione cognitiva, da qui la concezione che "l'esercizio è medicina". Gli studi suggeriscono che questi effetti remoti sono indotti dalla produzione miocellulare di mediatori circolatori per influenzare i tessuti degli organi remoti. Il cross-talk muscolo-organo indotto dall'esercizio può, analogamente al RIC, fare affidamento sul miRNA derivato dalla vescicola extracellulare (vedere il paragrafo successivo). A sostegno di tale nozione, c'è la scoperta che l'esercizio di resistenza tradizionale ad alta intensità evoca una maggiore trascrizione di miR133b, poiché è stato recentemente dimostrato che miR133b promuove il recupero dopo l'ictus tramite il trasferimento di particelle extracellulari arricchite di esosomi. Tuttavia, l'esercizio tradizionale ad alta intensità può produrre lesioni muscolari e può quindi non essere conforme all'esercizio in pazienti con malattie cardiovascolari o altre malattie croniche di deperimento muscolare.

Un nuovo approccio può essere offerto dall'allenamento di resistenza ischemica condotto come esercizio di resistenza a bassa intensità del flusso sanguigno limitato (BFRE), con uno stimolo di pressione di occlusione basso, che compromette solo il flusso sanguigno venoso ma non arterioso. Proprio come RIC, BFRE è condotto come 3-5 cicli (serie di esercizi) intervallati da una breve durata del recupero. Con questo approccio meccanicamente molto delicato, è possibile ottenere un accrescimento muscolare simile a quello dell'allenamento di resistenza tradizionale ad alta intensità (TRT), probabilmente a causa dell'accelerazione dell'accumulo metabolico o dell'attivazione delle cellule staminali muscolari. È interessante notare che i nostri nuovi risultati dimostrano che BFRE può mediare effetti di precondizionamento di lunga durata nei muscoli. Poiché il BFRE a bassa intensità imita gli eventi sia del tradizionale esercizio di resistenza ad alta intensità (occlusione-riperfusione) che del tradizionale esercizio aerobico (ipossia), si può ipotizzare che il BFRE guidi gli adattamenti metabolici e anabolici benefici per la salute nel muscolo. Sulla base della sua somiglianza con RIC, BFRE probabilmente influenza anche i tessuti remoti e deduce la protezione degli organi remoti. La misura in cui RIC e regimi di esercizio possono condividere o sovrapporsi o differire meccanicamente - e potenzialmente esercitare effetti additivi - è sconosciuta, ma l'applicazione di BFRE comporta prospettive cliniche molto promettenti.

Segnalazione del micro RNA Le vescicole extracellulari circolanti (EV) sono piccole particelle rilasciate dalle membrane plasmatiche da quasi tutti i tipi di cellule. Questi EV sembrano agire come sistemi di trasporto nel corpo trasportando un carico di sostanze di segnalazione, inclusi i miRNA. i miRNA sono anche molecole effettrici in eventi ischemici, ad es. i livelli miocardici di miRNA144 (miR144) sono ridotti dal danno da riperfusione ischemica (danno IR), che è attenuato dal RIC. Il RIC induce anche un aumento dei livelli circolatori di EV, mentre gli EV arricchiti con miR22 e miR451 da MSC in coltura anossica e cellule progenitrici di cardiomiciti mitigano il danno cardiaco. Potenzialmente, il trattamento con miRNA specifici caricati negli EV può fornire protezione contro gli effetti acuti e cronici del danno da ischemia-riperfusione miocardica nei pazienti [19]. Si ritiene inoltre che gli EV contengano altre sostanze, inclusi componenti antinfiammatori che agiscono in sinergia con il miRNA per esercitare il pieno effetto della cascata di segnalazione.

Obiettivi L'obiettivo generale di questo studio è scoprire e utilizzare i meccanismi alla base dell'attivazione della protezione degli organi endogeni mediante il condizionamento ischemico remoto (RIC), l'allenamento di resistenza tradizionale ad alta intensità (TRT) e l'esercizio di resistenza con limitazione del flusso sanguigno a bassa intensità (BFRE) con il prospettiva di definire la loro applicabilità per la protezione immediata dell'organo nel danno da ischemia-riperfusione (condizionamento acuto) e successiva riparazione tissutale (condizionamento cronico) durante un periodo di recupero prolungato. Questo obiettivo sarà raggiunto studiando quali e come i percorsi molecolari alla base di questi meccanismi protettivi sono condivisi e possono essere trasferiti per trattare condizioni mediche. Un focus specifico è il ruolo di EV e miRNA. Un altro obiettivo è esplorare come l'esercizio fisico con e senza ischemia può contrastare l'atrofia muscolare.

Ipotesi

L'ipotesi generale della proposta è che RIC ed esercizio potenziati da BFRE e TRT rilascino mediatori protettivi circolanti che esercitano effetti protettivi immediati contro le lesioni IR e promuovono una riparazione benefica durante la successiva ricostruzione tissutale e in condizioni infiammatorie croniche. Nello specifico testeremo le seguenti ipotesi:

1. RIC, BFRE e TRT condividono proprietà di protezione degli organi e antinfiammatorie indotte attraverso comuni vie di segnalazione del miRNA

2. L'effetto di lunga durata di RIC, BFRE e TRT può essere ottenuto con trattamenti ripetuti e gli effetti cronici includono proprietà antinfiammatorie e anti-ischemiche di rilevanza clinica mediante:

   1. Miglioramento della funzione ventricolare e riduzione dei sintomi nei pazienti con insufficienza cardiaca e cardiopatia ischemica cronica (sottostudio individuale, una domanda separata è stata presentata e approvata dal De Videnskabsetiske Komitéer).
   2. Contrastare l'atrofia muscolare nei pazienti con insufficienza cardiaca.
3. BFRE è un mezzo più efficace per aumentare la massa muscolare, la potenza muscolare e la funzione muscolare rispetto a TRT.
4. Gli EV non condizionati possono essere caricati con RIC, BFRE e miRNA specifico, in vitro ed esercitare effetti protettivi immediati contro le lesioni IR dopo l'iniezione endovenosa (futuro sottostudio)