Desferal administrasjon for å forbedre den svekkede reaksjonen på hypoksi ved diabetes (DESIRED)

Bakgrunn Komplikasjoner av diabetes representerer hovedanliggendet for moderne diabetesbehandling, og det har blitt en prioritet å ytterligere karakterisere de patofysiologiske mekanismene til disse komplikasjonene for å sikre utviklingen av nye rasjonelle terapeutiske strategier.

Selv om langvarig eksponering av vev for hyperglykemi er den primære årsaksfaktoren for kroniske diabeteskomplikasjoner, har det nylig blitt stadig tydeligere at hypoksi også spiller en viktig rolle i alle diabeteskomplikasjoner. En lav vevskonsentrasjon av oksygen ved diabetes er konsekvensen av flere mekanismer (f.eks. mangelfull blodtilførsel sekundært til mikro- og makrovaskulær sykdom, dårlig lokal oksygendiffusjon sekundært til lokalt ødem eller som følge av økt oksygenforbruk).

Adaptive responser fra cellene til hypoksi er mediert av Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF), som er en heterodimer transkripsjonsfaktor, sammensatt av to underenheter (alfa- og beta-underenhet) begge konstitutivt uttrykt i pattedyrceller. Ved normoksi blir HIF-1α kontinuerlig degradert av ubiquitin-proteasomsystemet som en konsekvens av oksygenavhengig hydroksylering av to nøkkelprolinrester katalysert av en gruppe enzymer kalt prolyl-hydroksylaser (PHDs). Under hypoksi når nedbrytningsveien undertrykkes og HIF-1α stabiliseres, translokerer den i kjernen hvor den induserer mer enn 800 gener som er

involvert i angiogenese, glykolytisk energimetabolisme, celleproliferasjon og overlevelse som gjør at cellene kan tilpasse seg redusert oksygentilgjengelighet. HIF-1 er sentral for ekspresjon av flere angiogene vekstfaktorer (f. som vaskulær endotelvekstfaktor (VEGF), erytropoietin (EPO) og stromalcelleavledet faktor-1α (SDF-1α) og for rekruttering av endotelprogenitorceller (EPC). Nylig har det blitt foreslått at mikroRNA (f.eks. mir210) formidler også en del av HIF-1-funksjonene.

PHD-er som kontrollerer HIF 1 α-stabiliteten og funksjonen er Fe 2+ og/eller O2-avhengige enzymer, og deres aktivitet kan hemmes ved å tømme jernet. Deferoksamin (DFO), som er en jernkelator induserer derfor HIF-1α-akkumulering og hypoksi-responsgener i normoksi både in vitro og in vivo, og er i stand til å gjenopprette den undertrykte adaptive reaksjonen på hypoksi forskjellige dyremodeller av diabetes. DFO har vært i klinisk bruk i flere tiår for å behandle overdreven jernavsetning sekundært til forskjellige patologier (thalassemi, myelosclerosis etc) og ble brukt som farmakologisk verktøy for å indusere HIF-avhengige responser.

I løpet av det siste tiåret har flere bevis samlet, påpeker at ved diabetes er det en defekt cellulær respons på hypoksi. En nedsatt hypoksirespons er tilstede i alt vev som utvikler komplikasjoner både i dyremodeller for diabetes og hos pasienter med diabetes som følge av en defekt HIF-signalering. Det er en direkte effekt av hyperglykemi som direkte undertrykker HIF-stabilitet og funksjon på flere nivåer.

Den nylig beskrevne svekkede reaksjonen på hypoksi ved diabetes har potensielt viktige konsekvenser ved akutte hypoksiske utfordringer som akutt hjerteinfarkt, hjerneslag, iskemi i ekstremiteter (kjent for å ha dårligere prognose ved diabetes), men også i subtil regulering av kardiovaskulært og respiratorisk system som følge av autonom nevropati med potensiell alvorlig prognostisk effekt på sene kardiovaskulære hendelser. Ulike studier har tatt for seg kardiovaskulære responser på intermitterende hypoksi (IH) sammenlignet med normoksieksponering hos pasienter med diabetes. For å fastslå hensiktsmessigheten av den kardiovaskulære reaksjonen på hypoksi ved diabetes, har kardiorespiratoriske og angiogenetiske responser mot IH hos pasienter med diabetes sammenlignet med matchede ikke-diabetiske kontrollpersoner nylig blitt undersøkt (HYKRAND etisk godkjenningsnummer 2015/1182-31/4) . De foreløpige resultatene (ikke publisert) viste flere defekter i både akutt og forsinket reaksjon hos pasientene med diabetes sammenlignet med kontroller. Baroreflekssensitiviteten (BRS) som er en markør for kardiovaskulær risiko og overlevelsesprognose etter kardiovaskulære hendelser ble redusert hos pasienter med diabetes etter IH sammenlignet med ikke-diabetikere. Både Endothelial Precursor Cells (EPC)-tallet og nivåene av deres hovedstimulator Stromal-derived factor (SDF-1α) ble redusert som respons på IH hos diabetikere sammenlignet med ikke-diabetikere som bekrefter den dårligere kapasiteten til å reparere iskemiske lesjoner ved diabetes.

Prosjektet som foreslås her undersøker potensialet til DFO (kjent for å forbedre HIF-avhengig hypoksisk signalering) for å reversere den svekkede kardiorespiratoriske og angiogenetiske responsen hos diabetespasienter.

Forskningsdesign. Det er en blindet randomisert cross-over-studie som undersøker effekten av DFO (50 mg/kg) kontra isotonisk saltvann gitt i.v. før intermitterende hypoksi (IH) for å forbedre den kardiorespiratoriske og angiogenetiske responsen hos pasienter med diabetes. IH vil bestå av fem hypoksiske perioder (13 % O2-inspirert oksygenfraksjon) som hver varer 6 minutter, med fem normoksiske intervaller av samme varighet (som brukt i HYKRAND-studien) hos 30 pasienter med type 1 diabetes uten kliniske tegn på komplikasjoner. Studien vil bli utført i løpet av 4 dager med minimum 2 måneders avstand mellom de 2 innleggelsene for å sikre tilstrekkelig utvasking og gjenopprette jernavleiringer.

Metoder Studiedesign Dette er en randomisert, dobbeltblind studie utført på pasienter med diabetes type 1 uten kroniske komplikasjoner.

Pasienter vil bli randomisert (ved blokkrandomisering) (httpps://www.sealedenvelope.com/ enkel-randomiser/v1/lister) til (A) Desferal (DFO) behandling eller (B) isotonisk saltvannsbehandling.

Både pasientene og personellet vil bli blindet for pasientens behandlingsgruppe.

Forsøkspersoner vil bli bedt om å avstå fra koffeinholdige drikker i 12 timer og fra alkohol i 36 timer før testing

Dag 1: Baseline blodprøver vil bli tatt om morgenen og etterpå vil pasientene motta Desferal (50 mg/kg) / saltvannsinfusjon s.c. i løpet av 6 timer. I løpet av den siste timen med infusjon vil forsøkspersonene bli utsatt for intermitterende hypoksi (IH). Blodprøver og kardiovaskulære og respiratoriske (CR) målinger vil bli utført (som beskrevet nedenfor) rett før og på flere tidspunkter etter IH.

Dag 2: Blodprøver vil bli tatt om morgenen. IH-eksponering består av fem hypoksiske perioder (13 % O2-inspirert oksygenfraksjon) som hver varer 6 minutter, med fem normoksiske intervaller av samme varighet (totalt 1 time).

Dag 1: blodtrykk, hjertefrekvens og arteriell oksygenmetning måles kontinuerlig. Ved en reduksjon i oksygenmetning på 80 % eller ved forekomst av symptomer, seponeres hypoksi inntil oksygennivået når minst 80 %. En tekniker regulerer og kontrollerer pusteperiodene under tilsyn av en lege på en måte at inngrepet ikke kunne observeres av pasienten. Deretter vil tre måleøkter utføres: umiddelbart etter (t2), etter 3 timer (t3), og etter 6 timer (t4). Etter t2 fikk hver pasient et individuelt måltid i henhold til diettbehovet.

Kardiovaskulær og respiratorisk testing.

Vurdering av baroreflekssensitivitet. Alle pasienter vil bli testet i liggende stilling i et stille rom ved behagelig temperatur. Før deltakerne kobles til en gjenåndingskrets gjennom et munnstykke med et antibakterielt filter, vil spontan pusting av romluft i hvile bli utført i 4 minutter for å få grunnlagsdata.

Under hver tilstand vil det utføres kontinuerlig måling av oksygenmetning (SaO2) med et pulsoksymeter og endetidal CO2 (CO2-et) ved hjelp av en kapnograf koblet til et munnstykke. Registreringer av elektrokardiogram vil bli utført av brystkabler, og kontinuerlig ikke-invasivt blodtrykk vil bli registrert ved bruk av mansjettmetoden. To belter (plassert rundt brystet og magen) vil overvåke pustebevegelser i brystet. En pneumotakograf vil kobles til en differensialtrykktransduser og settes inn i serie til den ekspiratoriske komponenten i respirasjonssystemet for å måle luftveisstrømmen.

Baroreflekssensitiviteten (BRS) vil bli målt under spontan pusting ved hver måleøkt. Siden tidligere studier ikke dokumenterte en bedre ytelse av én metode fremfor de andre, er gjennomsnittet av syv forskjellige metoder: positive og negative sekvenser, a-koeffisienten i lav- og høyfrekvensbåndene og dens gjennomsnitt, overføringsfunksjonsteknikken, og forholdet mellom SD-er for R-R-intervall og systoliske blodtrykkvariasjoner vil bli beregnet. Foruten BRS ble SD av R-R-intervallet (SDNN) brukt for å bestemme en global indeks for hjertefrekvensvariabilitet. Dette utvalget er gjort basert på det faktum at normalfordelingen er mer uttalt i denne variabelen sammenlignet med andre variasjonsindekser (f.eks. varians).

Hypoksisk ventilasjonsrespons (HVR) og hyperkapnisk ventilasjonsrespons (HCVR) vil bli evaluert for å bestemme respirasjonssystemets aktivitet.

Kardiovaskulær autonom funksjon vil bli bestemt ved å utføre fire tester i henhold til nyere retningslinjer: dyp pusting, 30:15-forhold, Valsalva-manøver og systolisk blodtrykksrespons på stående. Kardiovaskulær autonom nevropati vil bli definert som "tilstedeværelsen av to eller flere unormale tester".

Baroreflekssensitiviteten (BRS) vil bli evaluert før (t1), umiddelbart etter (t2), 3 timer (t3) og 6 timer (t4) etter IH.

Det angiogenetiske potensialet vil bli evaluert ved de samme endepunktene og etter 24 timer (Dag N3) ved å måle i serum relevante cytokiner som er genmål for HIF-1 (dvs. Vaskulær endotelial vekstfaktor (AVEGFA), stromalcelle-avledet faktor 1a (SDF-1a), erytropoietin etc.). Den direkte responsen til HIF-signalering vil bli evaluert av serumnivåene til mir210 som utelukkende reguleres av HIF.

EPC-responsen vil bli evaluert på samme tidspunkt ved fluorescensaktivert cellesortering (FACS)-analyse av antall hematopoetiske stamceller antigen (CD34+)/CD133-antigen/Kinase-innsettingsdomenereseptor (KDR+)