Uno de los procesos más importantes y tensos en el cuerpo humano es la inflamación. Las respuestas inflamatorias a las lesiones o enfermedades son cruciales para reclutar al sistema inmunitario para ayudar al cuerpo a sanar, pero la inflamación también puede causar un aumento en la producción de trombina, quepuede provocar coágulos sanguíneos peligrosos y otras afecciones. La proteína C activada APC es una proteína anticoagulante natural con efectos antiinflamatorios y otros efectos protectores que se ha utilizado médicamente para tratar infecciones y heridas graves en la sangre; sin embargo, su uso eslimitado porque su inhibición de la trombina también afecta la capacidad de coagulación de la sangre, lo que aumenta el riesgo de sangrado.
Ahora, un equipo de investigadores de la División de Hemostasia y Trombosis del Centro Médico Beth Israel Deaconess BIDMC y el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard descubrieron que las pequeñas moléculas sintéticas que imitan el APC llamadas "parmodulinas" proporcionan antiinflamatorios yprotección antitrombótica para las células endoteliales a la par de las APC sin interferir con la coagulación y coagulación sanguíneas normales, haciéndolas atractivas nuevas candidatas a medicamentos. Este trabajo fue posible al aprovechar la tecnología Organ-on-a-Chip del Instituto Wyss para modelar la trombosis dentro de un ser humanovaso sanguíneo in vitro . Los resultados se informan en la edición de esta semana de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Básicamente realizamos un mini ensayo preclínico del efecto de las parmodulinas en el endotelio, y no solo determinamos la vía a través de la cual funcionan las parmodulinas, sino que también demostramos que ayudan a proteger las células endoteliales del daño inflamatorio", dice el ex postdoc Wyss AbhishekJain, Ph.D., quien ahora es profesor asistente y director del laboratorio Bioinspired Translational Microsystems en la Texas A&M University.
La proteína objetivo sobre la cual actúan tanto APC como parmodulinas es el receptor 1 activado por la proteasa transmembrana proteasa PAR1, que está presente tanto en las células endoteliales como en las plaquetas que circulan a través de la sangre y promueven la coagulación, lo que dificulta el análisis mecanístico. PAR1 fueoriginalmente identificado como un receptor para la trombina, que es una parte crucial del proceso inflamatorio. Sin embargo, cuando el APC activa el PAR1 en el endotelio, desencadena vías antiinflamatorias, antiapoptóticas y fortificadoras de barreras, todo lo cual ayuda a protegercélulas de los efectos negativos de la inflamación.
Además de activar PAR1, APC también inhibe de forma independiente la generación de trombina, que es un componente esencial de la coagulación sanguínea saludable, pero inhibir demasiado la trombina conduce a un sangrado incontrolado. Sabiendo que las parmodulinas se unen a PAR1, el equipo de científicos ylos médicos se propusieron encontrar una manera de activar la PAR1 endotelial y reducir las respuestas trombóticas sin diluir la sangre, y así proporcionar una mejor alternativa a la APC.
Para evaluar la actividad de las parmodulinas en el endotelio, Karen De Ceunynck, Ph.D., investigadora postdoctoral en BIDMC y primer autor del artículo, incubó células endoteliales humanas con parmodulina 2 in vitro durante 4 horas y luego los expuso a los agentes inflamatorios inductores de trombina lipopolisacárido LPS o factor de necrosis tumoral α TNF-α. En las células expuestas a parmodulina, la capacidad de ambos agentes para generar trombina se redujo en más de50% en comparación con las células no expuestas a la parmodulina. Sin embargo, la parmodulina 2 no inhibió la actividad del factor V o del factor X, proteínas que funcionan en la coagulación de la sangre. "Nos intrigó la idea de que la parmodulina 2 inhibía la LPS y el TNF-efectos protrombóticos mediados en la superficie endotelial sin afectar la coagulación de la sangre ", dice De Ceunynck.
Para confirmar esta teoría, el equipo usó un vaso sanguíneo en un chip desarrollado por Wyss que consiste en canales microfluídicos incrustados en un chip de polímero transparente, recubierto con colágeno y revestido por células endoteliales humanas. La sangre entera se perfundió a través deel chip para simular las condiciones de flujo dentro de los vasos sanguíneos humanos, a los que se agregaron diferentes compuestos pro y antiinflamatorios para evaluar la respuesta del endotelio.
Cuando las células endoteliales se expusieron al TNF-α antes de perfundirse con sangre completa, las plaquetas se acumularon en el endotelio en una respuesta inflamatoria típica; si las células se expusieron primero a la parmodulina 2 y luego al TNF-α, se inhibió la acumulación de plaquetas yel endotelio retomó su función normal. Estos resultados indicaron que la exposición a la parmodulina bloquea la respuesta trombótica del endotelio a los estímulos inflamatorios sin afectar la coagulación de la sangre en humanos, una mejora significativa sobre la APC.
una serie de pruebas in vitro realizado por el coautor Christian Peters, Ph.D. en BIDMC, confirmó que la activación de PARmodulina 2 de PAR1 también induce respuestas citoprotectoras en células endoteliales al inhibir la apoptosis muerte celular programada inducida por trombina, TNF-α yalcaloide apoptótico estaurosporina a través de una vía de señalización que comienza con la unión de la parmodulina 2 a un sitio específico en el lado citoplasmático de PAR1. "Observamos que la respuesta citoprotectora inducida por la parmodulina 2 ocurrió muy rápidamente, y confirmamos su inicio rápido en el transcurso del tiempo y la expresión génicaensayos ", dice Peters.
Además, in vivo los estudios en ratones mostraron que la parmodulina 2 reduce la unión de los glóbulos blancos a los vasos sanguíneos y altera la acumulación de plaquetas y fibrina en los sitios de lesión durante la respuesta inflamatoria, confirmando la actividad antitrombótica y anticoagulante de la parmodulina 2 observada in vitro . Además, las parmodulinas no interactúan con muchos de los otros socios de unión de APC, lo que la hace mucho más específica para PAR1 y reduce otros efectos secundarios.
"El descubrimiento de una molécula antiinflamatoria que previene la trombosis endotelial pero también preserva la coagulación sanguínea normal es un paso importante hacia un enfoque alternativo y mejor para tratar la enfermedad inflamatoria", dice Rob Flaumenhaft, MD, Ph.D., profesor deMedicina en la Facultad de Medicina de Harvard, Jefe de la División de Hemostasia y Trombosis en BIDMC, y autor correspondiente del artículo. "Además, casi todos los demás productos farmacéuticos que se dirigen a receptores transmembrana similares a PAR1 se unen al lado exterior del receptor; la parmodulina 2 representaun cambio de paradigma para los compuestos que se dirigen a estos receptores porque actúa en el lado celular de la proteína. Estamos entusiasmados de ver si podemos avanzar a los ensayos clínicos ".
"Este trabajo proporciona otro ejemplo de cómo la tecnología organ-on-a-chip puede permitir un desarrollo y una evaluación más rápida y segura de medicamentos que podrían ayudar a los pacientes en todo el mundo", dice el coautor y director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es el Judah Folkman Profesor de Biología Vascular en el HMS y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard.
Entre los autores adicionales del artículo se incluyen Sarah Higgins, Ph.D., también investigadora en BIDMC; Omozuanvbo Aisiku, Ph.D, ex becaria de investigación postdoctoral en la División de Hemostasia y Trombosis en BIDMC y actualmente científica en el Laboratorio de Instrumentación; Jennifer Fitch-Tewfik, Ph.D., ex becaria de investigación postdoctoral en la División de Hemostasia y Trombosis en BIDMC y actualmente profesora en la Escuela Secundaria Técnica Vocacional Regional del Sudeste; Sharjeel Chaudhry, becario predoctoral en la División de Hemostasia y Trombosis enBIDMC; Chris Dockendorff, Ph.D., Profesor Asistente en la Universidad Marquette; y Samir Parikh, MD, Profesor Asociado en HMS.
Esta investigación fue apoyada por el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre y el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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