Теперь совместная группа исследователей из Отделения гемостаза и тромбоза Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC) и Института Висса при Гарвардском университете обнаружила, что синтетические малые молекулы, имитирующие APC, называемые «пармодулином», обладают противовоспалительным и противовоспалительным действием. тромботическая защита эндотелиальных клеток наравне с APC без нарушения нормального свертывания крови и коагуляции, что делает их привлекательными новыми кандидатами на лекарства. Эта работа стала возможной благодаря использованию технологии Organ-on-a-Chip Института Висса для моделирования тромбоза внутри кровеносного сосуда человека in vitro. Результаты сообщаются в выпуске на этой неделе Proceedings of the National Academy of Sciences.«По сути, мы провели мини-доклиническое испытание действия пармодулинов на эндотелий, и не только определили путь, через который функционируют пармодулины, но также продемонстрировали, что они помогают защитить эндотелиальные клетки от воспалительного повреждения», — говорит бывший постдок Wyss Абхишек Джайн.
Доктор философии, который в настоящее время является доцентом и директором лаборатории трансляционных микросистем Bioinspired в Техасском университете.Белок-мишень, на который действуют как APC, так и пармодулины, представляет собой рецептор 1, активируемый трансмембранной протеазой (PAR1), который присутствует как на эндотелиальных клетках, так и на тромбоцитах, которые циркулируют в крови и способствуют свертыванию, что затрудняет механистический анализ. PAR1 был первоначально идентифицирован как рецептор тромбина, который является важной частью воспалительного процесса.
Однако, когда PAR1 активируется APC на эндотелии, он запускает противовоспалительные, антиапоптотические и укрепляющие барьеры пути, которые помогают защитить клетки от негативных эффектов воспаления.Помимо активации PAR1, APC также независимо ингибирует образование тромбина, который является важным компонентом здорового свертывания крови, но слишком сильное ингибирование тромбина приводит к неконтролируемому кровотечению. Зная, что пармодулины связываются с PAR1, группа ученых и клиницистов намеревалась найти способ активировать эндотелиальный PAR1 и уменьшить тромбические реакции без разжижения крови и, таким образом, предоставить лучшую альтернативу APC.Чтобы оценить активность пармодулинов на эндотелии, Карен Де Сеунинк, доктор философии, научный сотрудник BIDMC и первый автор статьи, инкубировали эндотелиальные клетки человека с пармодулином 2 in vitro в течение 4 часов, а затем подвергали их воздействию тромбина. индуцирующие воспалительные агенты липополисахарид (ЛПС) или фактор некроза опухоли-? (TNF-?).
В клетках, подвергшихся воздействию пармодулина, способность обоих агентов генерировать тромбин была снижена более чем на 50% по сравнению с клетками, не подвергавшимися воздействию пармодулина. Однако пармодулин 2 не подавлял активность фактора V или фактора X, белков, которые участвуют в свертывании крови. «Мы были заинтригованы представлением о том, что пармодулин 2 ингибирует LPS- и TNF-опосредованные протромботические эффекты на эндотелиальной поверхности без нарушения свертываемости крови», — говорит Де Сеунинк.Чтобы подтвердить эту теорию, команда использовала разработанный Wyss кровеносный сосуд на чипе, состоящий из микрофлюидных каналов, встроенных в прозрачный полимерный чип, покрытых коллагеном и выстланных эндотелиальными клетками человека. Цельную кровь перфузировали через чип для моделирования условий потока в кровеносных сосудах человека, к которым были добавлены различные провоспалительные и противовоспалительные соединения для оценки реакции эндотелия.
Когда эндотелиальные клетки подвергались действию TNF-? перед перфузией цельной кровью тромбоциты накапливались на эндотелии в виде типичной воспалительной реакции; если клетки сначала подвергались воздействию пармодулина 2, а затем TNF-?, накопление тромбоцитов подавлялось, и эндотелий возобновлял свою нормальную функцию. Эти результаты показали, что воздействие пармодулина блокирует тромботический ответ эндотелия на воспалительные стимулы, не влияя на свертываемость крови у людей — значительное улучшение по сравнению с APC.
Серия тестов in vitro, выполненная соавтором Кристианом Петерсом, доктором философии. в BIDMC подтвердили, что активация PAR1 пармодулином 2 также вызывает цитопротективные ответы в эндотелиальных клетках путем ингибирования апоптоза (запрограммированной гибели клеток), индуцированного тромбином, TNF-? и апоптотическим алкалоидом стауроспорином, через сигнальный путь, который начинается со связывания пармодулина 2 с a. специфический сайт на цитоплазматической стороне PAR1. «Мы заметили, что цитопротективный ответ, вызванный пармодулином 2, произошел очень быстро, и подтвердили его быстрое начало во времени и анализах экспрессии генов», — говорит Петерс.Кроме того, исследования in vivo на мышах показали, что пармодулин 2 снижает связывание лейкоцитов с кровеносными сосудами и ухудшает накопление тромбоцитов и фибрина в местах повреждения во время воспалительной реакции, подтверждая антитромботическую и антикоагулянтную активность пармодулина 2, наблюдаемую в пробирка. Кроме того, пармодулины не взаимодействуют со многими другими партнерами по связыванию APC, что делает его более направленным на PAR1 и снижает другие побочные эффекты.«Открытие противовоспалительной молекулы, которая предотвращает эндотелиальный тромбоз, но также сохраняет нормальную свертываемость крови, является важным шагом на пути к альтернативному и лучшему подходу к лечению воспалительных заболеваний», — говорит Роб Флауменхафт, доктор медицинских наук, профессор медицины в Гарвардская медицинская школа, руководитель отделения гемостаза и тромбозов BIDMC и автор статьи. «Кроме того, почти все другие фармацевтические препараты, нацеленные на трансмембранные PAR1-подобные рецепторы, связываются с внешней стороной рецептора; пармодулин 2 представляет собой сдвиг парадигмы для соединений, нацеленных на эти рецепторы, поскольку он действует на клеточной стороне белка.
Мы рады видеть если мы сможем перейти к клиническим испытаниям ».«Эта работа представляет собой еще один пример того, как технология« орган на чипе »может обеспечить более быструю и безопасную разработку и оценку лекарств, которые могут помочь пациентам во всем мире», — говорит соавтор и директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, доктор медицинских наук. .D., Который также является профессором биологии сосудов в HMS и Программой биологии сосудов в Бостонской детской больнице Джуды Фолкман, а также профессором биоинженерии в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS).
Среди дополнительных авторов статьи Сара Хиггинс, доктор философии, также научный сотрудник BIDMC; Омозуанвбо Айсику, доктор философии, бывший научный сотрудник отделения гемостаза и тромбоза в BIDMC, а в настоящее время — научный сотрудник приборной лаборатории; Дженнифер Фитч-Тьюфик, доктор философии, бывший научный сотрудник постдокторского исследования в отделении гемостаза и тромбоза в BIDMC и в настоящее время преподаватель в Юго-восточной региональной профессионально-технической школе; Шарджил Чаудри, научный сотрудник отделения гемостаза и тромбоза BIDMC; Крис Докендорф, доктор философии, доцент Университета Маркетт; и Самир Парих, доктор медицины, доцент HMS.Это исследование было поддержано Национальным институтом сердца, легких и крови и Институтом биологической инженерии Висса при Гарвардском университете.