Effects of thrombin generation and gene transfer of FGF-2 and PDGF-BB on therapeutic angiogenesis and arteriogenesis in a rat hindlimb ischemia model

Orientador: Joyce Maria Annichino-BizzacchiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias MedicasResumo: A doença arterial oclusiva (DAO) é a principal causa de morbidade e mortalidade em países industrializados. Com o aumento da expectativa de vida da população mundial a DAO tornou-se um problema de saúde publica também em países em desenvolvimento. O tratamento de uma das formas graves de DAO, a isquemia crítica de membros inferiores (ICMI), normalmente oferece alívio temporário e muitas vezes requer a amputação do membro afetado. No Brasil, a sobrevida desses pacientes é comparável a algumas formas de câncer. Desta forma, a busca de estratégias terapêuticas alternativas à amputação é fundamental para estes pacientes. Nesse estudo, nós exploramos o papel da angiogênese terapêutica induzida por terapia gênica (TG) em modelos animais ICMI. A angiogênese terapêutica se baseia na utilização de fatores de crescimento vascular sob a forma de proteínas recombinantes ou TG. A reposição de proteína deve ser mantida por períodos prolongados e normalmente requer administração sistêmica. Isto aumenta o risco de formação de vasos em locais indesejáveis como tumores ocultos ou retina. Estudos clínicos anteriores demonstraram que a indução de angiogênese terapêutica utilizando apenas um fator pró-angiogênico é eficaz. No entanto, esses estudos sugerem que integridade destes neovasos é deficiente pela ocorrência de edema de membros inferiores ou proteinúria após a monoterapia angiogênica.Neste trabalho avaliamos a eficácia da TG combinada usando vetores não virais com os genes de dois fatores de crescimento: FGF-2 e PDGF-BB, em comparação com a transferência gênica isolada do VEGF-A. A escolha destes dois fatores deveu-se ao fato de eles atuarem em etapas distintas e complementares do processo de formação vascular: formação e estabilização dos novos vasos, respectivamente. Para este fim utilizamos o modelo de isquemia da pata posterior em ratos, e um novo método não invasivo, o 99mTc-sestamibi para avaliação da neovascularização. A expressão combinada do FGF-2 e PDGF-BB induziu a formação de neovasos com a mesma intensidade e com a mesma relevância funcional que o uso do VEGF-A isolado. No entanto, a estratégia combinada se mostrou mais atraente por induzir a formação de vasos mais íntegros, e necessitar de doses individuais 50% menores de cada gene terapêutico. Em conjunto esses dados demonstram que a TG combinada com FGF-2/PDGF-BB é eficaz e potencialmente mais segura para o tratamento da ICMI. Com o objetivo de definir fatores que afetam a resposta angiogênica pós-natal, nós investigamos o papel da trombina durante a indução de neovasos. Animais receberam diversos inibidores da coagulação imediatamente ou após 72 horas da indução de isquemia periférica. Nós documentamos que a inibição da coagulação sangüínea na fase aguda da isquemia diminui a resposta angiogênica, mas esse efeito não é observado quando a anticoagulação é iniciada após 72 horas. A ativação dos receptores celulares da trombina (e outras proteases) pode oferecer um novo alvo para otimizar a resposta angiogênica pós- natal. Em conjunto, os resultados obtidos formam a base para estudos futuros utilizando a TG combinada com FGF-2/PDGF-BB como uma alternativa potencialmente eficaz e segura paro tratamento da ICMIAbstract: Arterial occlusive disease (AOD) is the main cause of mortality and morbidity in industrialized countries. Global improvements in life expectancy have turned it into a public health problem in developing countries as well. The treatment of one of the severe presentations of DAO, which is critical limb ischemia (CLI) normally offers temporary relief to symptoms, often requiring major amputations of the affected limb. In Brazil, the prognosis of CLI is similar to that of some forms of cancer. Therefore, new therapeutic strategies alternative to amputations are necessary for these patients. In the present work we evaluated the role of therapeutic angiogenesis induced by gene therapy (GT) in animal models of CLI. Therapeutic angiogenesis consists in the use of vascular growth factors by means of recombinant proteins or GT. When using protein formulations, therapy must be maintained for prolonged periods and normally involves systemic administration. These requirements increase the risk of inducing the formation of neovessels in undesired places such as occult malignant lesions or retina. Previous studies have demonstrated that therapeutic angiogenesis using a single pro-angiogenic factor is effective. However, these studies suggest that the new formed vessels are leaky, as evidenced by the occurrence of lower limb edema and proteinuria after pro-angiogenic monotherapy. In the present work we evaluated efficacy of a combined GT strategy using non-viral vectors expressing two vascular growth factors: FGF-2 and PDGF-BB, and compared this strategy to the gene transfer of VEGF-A alone. The choice of these two growth factors was due to their complementary roles in the process of vascular development: formation and stabilization of new vessels. In order to do so we used a hindlimb ischemia model in rats, and a new non-invasive method based on 99mTc-sestabimi scintigrapy, to evaluate the neovascularization response. Dual gene transfer of FGF-2 and PDGF-BB using non-viral vectors was able to induce a similar revascularization response as VEGF-A alone, both in terms of anatomical and functional parameters. In regard to safety, the dual gene transfer strategy was more attractive because it was able to induce more stable capillaries, and required a 50% lower individual dose of each therapeutic gene. Taken together our data demonstrate that this dual gene transfer strategy is an effective safer strategy for the treatment of CLI by therapeutic angiogenesis. In order to investigate factors that might affect the revascularization post-natal response, we further investigated the role of thrombin during the induction of neovascularization. Animals were treated with different coagulation inhibitors immediately after or 72 hours after the creatin of hindlimb ischemia in rats. We documented that the inhibition of blood coagulation in the acute phase of ischemia impairs the angiogenic response. In contrast, this effect was not observed when anticoagulation was initiated after 72 hours of ischemia. The activation of cellular receptors of thrombin and other proteases might therefore offer an new target to optimize post-natal revascularization. Based on our results, future studies using combined GT with FGF-2 and PDGF-BB are warranted in order to translate these findings into a new and safer strategy for the treatment of CLIDoutoradoMedicina ExperimentalDoutor em Fisiopatologi