La corrección de solo la mitad de las células musculares del corazón restaura completamente la función cardíaca en ratones con ataxia de Friedreich

El estudio, “La corrección de la mitad de los cardiomiocitos rescata completamente la miocardiopatía mitocondrial de ataxia de Friedreich a través de mecanismos celulares autónomos “, se publicó en la revista Human Molecular Genetics .

La FA se caracteriza por un nivel reducido de la proteína frataxina debido a una mutación en ambas copias del gen FXN . La deficiencia de frataxina causa un déficit en los grupos de azufre del hierro (Fe-S, crucial para funciones como el metabolismo del hierro y la producción de energía en las células), la actividad alterada de enzimas específicas, la disfunción de las mitocondrias (las plantas de energía celulares) y la sobrecarga de hierro.

La disfunción cardíaca y las anomalías son comunes en pacientes con AF. El equipo de investigación demostró anteriormente que la administración del gen FXN normal a las células cardíacas a través de vectores virales modificados e inofensivos previene y revierte rápidamente las alteraciones cardíacas en un modelo de ratón ( Mck ) de cardiomiopatía (enfermedad del músculo cardíaco) en la FA.

Estos ratones mostraron niveles de frataxina 24 veces mayor que lo normal, lo que puede conllevar problemas de seguridad en ensayos clínicos y puede no ser necesario en pacientes, ya que los portadores asintomáticos del gen FXN mutado tienen casi la mitad de la cantidad normal de proteína. Como tal, encontrar los umbrales terapéuticos para estos vectores en el corazón es clave, consideró el equipo de Francia.

Con el objetivo de abordar esto, los científicos utilizaron el modelo de ratón MCk para evaluar el grado de rescate de la función cardíaca después de la administración de dosis reducidas de un vector viral adenoasociado (AAV) que porta el gen humano FXN . Para evaluar cómo la progresión de la enfermedad afectó el éxito terapéutico, los investigadores utilizaron ratones con disfunción cardíaca temprana (cinco semanas de edad) o avanzada (siete semanas).

El equipo caracterizó aún más el perfil farmacológico del vector en el corazón y estableció la biodistribución cardíaca mínima, es decir, las copias del vector por célula (VCN) y el porcentaje de cardiomiocitos rescatados, para restaurar la función cardíaca.

A los ratones se les administró una de seis dosis reducidas de 2 a 2.5 veces y se siguieron durante siete a ocho semanas. Cuando se trataron con dosis de 5 x 10 13 y 2,5 x 10 13 vg / kg a las cinco semanas, los ratones sobrevivieron más allá de la mediana de supervivencia de los ratones no tratados, y mostraron un peso corporal normal y parámetros ecocardiográficos.

Los ratones a los que se les administraron dosis más bajas de vectores tuvieron rescate parcial o ningún rescate, pero la dosis también más baja de 5 x 10 12 vg / kg proporcionó efectos terapéuticos significativos, que incluyen función cardíaca estabilizada e hipertrofia (agrandamiento), y una menor gravedad de las comorbilidades asociadas con la insuficiencia cardíaca. como arritmia, o cambio de ritmo cardíaco.

Los ratones administrados con el vector a las siete semanas mostraron un beneficio terapéutico completo solo cuando se trataron con 2,5 x 10 13 vg / kg, más alto que la dosis mínima que tiene el mismo efecto en ratones más jóvenes (1 x 10 13 vg / kg). Sin embargo, esta dosis más baja aún prolongaba la vida útil en un 57%, a pesar de estar asociada con una disfunción cardíaca grave. Las evaluaciones de la fibrosis cardíaca, o cicatrización, y los cambios dentro de los cardiomiocitos mostraron el mismo patrón en cuanto a las dosis efectivas.

Luego, el equipo encontró un aumento dependiente de la dosis en VCN, así como en los niveles de proteína frataxina y ARN mensajero (generado a partir de ADN para dar lugar a proteínas). La función cardíaca restaurada se observó con niveles de frataxina derivada del vector en el corazón, más baja que la cantidad normal en ratones sanos, lo que sugiere “que solo es necesario un aumento moderado de [frataxina]”, escribieron los científicos.

Es importante destacar que, posteriormente, los científicos descubrieron que para rescatar completamente la función cardíaca, solo la mitad de los cardiomiocitos necesitaban recibir el vector (transducción), como lo demuestra la correlación entre la distribución del vector en el corazón, la supervivencia, la función cardíaca y los biomarcadores cardíacos de la enfermedad.

Además, observaron que la dosis de vector estaba correlacionada positivamente con la superficie del corazón con la actividad enzimática restaurada, el aclaramiento o la prevención de los depósitos de hierro en los cardiomiocitos y el nivel plasmático corregido de GDF15, una molécula cuyos niveles aumentados resultan del fallo mitocondrial.

Los datos mostraron además que se logró un beneficio significativo con tan poco como el 30% de los cardiomiocitos tratados en ratones con disfunción cardíaca temprana y avanzada. El beneficio restaurado en el metabolismo del hierro y la función mitocondrial fue mediado a través de procesos autónomos de las células, lo que significa que solo las células que recibieron el vector mostraron mejoras.

“Esto aparece como una consideración crucial para el diseño de ensayos clínicos de terapia génica cardíaca u otras estrategias terapéuticas similares, ya que su éxito también podría depender directamente del porcentaje de cardiomiocitos tratados”, escribieron los científicos.

En general, los resultados “proporcionan un marco integral para el desarrollo preclínico de los protocolos de terapia génica cardíaca FA” y, posteriormente, para el “diseño exitoso de ensayos clínicos”, agregaron.