Skuteczność systemu CoFI w leczeniu zaburzeń mikrokrążenia wieńcowego

Czy MVO wpływa na wyniki STEMI?

Zaburzenia drożności mikrokrążenia wieńcowego (MVO – microvascular obstruction) występują u 57% pacjentów leczonych z powodu zawału mięśnia sercowego z uniesieniem odcinka ST (STEMI) za pomocą przezskórnej interwencji wieńcowej (PCI). Jedną z głównych przyczyn MVO jest niedrożność naczyń spowodowana embolizacją mikroskrzeplinami (MT), co prowadzi do niedokrwienia tkanki mięśnia sercowego i pogłębienia uszkodzeń po zawale. Mimo że wiadomo, iż MVO koreluje z negatywnymi wynikami klinicznymi w STEMI, zarówno diagnostyka, jak i leczenie tego powikłania pozostają wyzwaniem. Obecnie złotym standardem diagnostycznym MVO jest obrazowanie serca metodą rezonansu magnetycznego z późnym wzmocnieniem gadolinem, które nie jest wykonywane bezpośrednio po zawale, co uniemożliwia szybkie wdrożenie leczenia. Ponadto dostępne są jedynie ograniczone opcje terapeutyczne, często obarczone potencjalnie szkodliwymi skutkami ubocznymi.

Ponieważ MVO dotyczy małych naczyń (poniżej 300 µm), mechaniczna interwencja w celu usunięcia skrzeplin powodujących niedrożność nie jest wykonalna. Dlatego potencjalnym podejściem terapeutycznym jest zastosowanie leków trombolitycznych, takich jak rekombinowany tkankowy aktywator plazminogenu (r-tPA). Leki te są aktywne po związaniu z fibryną, przekształcając plazminogen w plazminę, która degraduje fibrynę do rozpuszczalnych produktów degradacji na powierzchni skrzepliny, prowadząc do trombolizy. Choć alteplaza i tenekteplaza są stosowane od dekad w leczeniu zawału, ich skuteczność jest ograniczona. Standardowo podawane są jako bolus dożylny, a następnie w infuzji podtrzymującej. Chociaż zmniejszają śmiertelność po zawale, systemowa tromboliza wiąże się z ryzykiem krwawienia, co skłoniło kardiologów do poszukiwania innych opcji terapeutycznych, w tym donaczyniowego podawania leków.

Czy wewnątrzwieńcowe podawanie tPA może poprawić leczenie?

Przeprowadzono wiele badań klinicznych oceniających skuteczność wewnątrzwieńcowego podawania tPA w leczeniu MVO, jednak wyniki były niejednoznaczne, a korzyści w redukcji MVO ograniczone. Jednym z potencjalnych problemów jest fakt, że nawet przy podaniu wewnątrzwieńcowym lek nie dociera do niedrożnych mikronaczyń. Wykazano, że bolus leku jest wypłukiwany z okolicy niedrożnych naczyń w ciągu 0,5 sekundy, zanim może wywołać trombolizę.

Ostatnio firma CorFlow Therapeutics AG opracowała nowe podejście do wewnątrzwieńcowego podawania leków przy użyciu wielokanałowego cewnika balonowego. Celem tej metody jest dostarczanie płynów bezpośrednio do naczyń wieńcowych poprzez kontrolowaną infuzję przepływową (CoFI) i opóźnienie wypłukiwania leku. CoFI działa poprzez zamknięcie światła naczynia balonem powyżej miejsca MVO, a następnie podanie leku poprzez wielokanałowy cewnik dystalnie od okluzji balonowej. Okluzja jest utrzymywana nie dłużej niż 90 sekund, co zapewnia brak wprowadzenia dodatkowego uszkodzenia niedokrwiennego. W tym czasie w naczyniach wieńcowych utrzymują się wysokie lokalne stężenia leku. Co istotne, bezpośrednie wewnątrzwieńcowe podawanie leków przy użyciu CoFI wykorzystuje mikrodawki, które stanowią zaledwie ułamek dawek stosowanych dożylnie.

Jak CoFI wpływa na trombolizę mikroskrzeplin?

W badaniach in vitro wykazano, że zastosowanie cewnika CoFI zwiększa lokalne stężenie infuzatu w mikronaczyniach dotkniętych MVO o 58% i zapobiega natychmiastowemu wypłukiwaniu, utrzymując wysokie stężenia przez ponad minutę. Jednak do tej pory nie przeprowadzono walidacji CoFI z farmakologicznie aktywnymi lekami do trombolizy. Nie wiadomo, czy krótki, 90-sekundowy kontakt ze skoncentrowanymi lekami, który można osiągnąć za pomocą CoFI, wystarczy do indukcji trombolizy i jak szybko po leczeniu pojawią się pierwsze efekty.

W eksperymentach z trombolizą, mikroskrzepliny wieprzowe i ludzkie poddawano działaniu różnych mikrodawek alteplazy przez 90 sekund, a następnie perfuzji osoczem wieprzowym lub ludzkim. Dla porównania przeprowadzono również eksperymenty symulujące kliniczne dożylne podawanie alteplazy (dawka IV) oraz połączenie CoFI z dawką IV. Całkowita mikrodawka alteplazy CoFI była obliczana na podstawie objętości infuzji CoFI wynoszącej 15 ml (na przykład 20 µg/ml * 15 ml = 0,3 mg całkowitej dawki). Ta mikrodawka była podawana tylko raz na początku eksperymentu i odpowiadała leczeniu CoFI, jakie byłoby przeprowadzone u pacjenta ze STEMI.

Wyniki wykazały, że CoFI powoduje znacznie wyższą trombolizę niż dawka IV dla mikroskrzeplin wieprzowych, ale nie dla ludzkich. Dawka IV dla mikroskrzeplin wieprzowych nie wykazała większej trombolizy niż kontrola, która nie była leczona alteplazą. W przeciwieństwie do tego, dla ludzkich MT osiągnięto podobny stopień lizy za pomocą CoFI i dawki IV (średnio 82%). Pokazuje to, że ekspozycja ludzkich MT, ale nie wieprzowych, na długotrwałe niskie stężenie alteplazy powoduje równoważną trombolizę do krótkiej inkubacji z lekiem (CoFI, 90 s). Dodatkowo, dla ludzkich MT zaobserwowano lizę na poziomie 68-75% dla wszystkich mikrodawek alteplazy, co wskazuje na brak zależności od dawki w badanym zakresie. W przeciwieństwie do tego, tromboliza mikroskrzeplin wieprzowych zwiększała się wraz ze wzrostem mikrodawek alteplazy CoFI. Najwyższa mikrodawka alteplazy (1,5 mg) osiągnęła średnio 63% lizy, co było znacznie wyższe niż dwie najniższe mikrodawki alteplazy (27% i 36% odpowiednio dla 0,3 mg i 0,6 mg).

Jak dynamiczna ocena trombolizy kształtuje strategie leczenia?

Aby zrozumieć dynamikę trombolizy, mierzono lizę MT w czasie. Dla mikroskrzeplin wieprzowych, CoFI i CoFI + IV wykazały wyraźne krzywe lizy w czasie dla wszystkich różnych mikrodawek alteplazy. Dla ludzkich MT efekt ten był znacznie słabszy, a silna liza wystąpiła w ciągu pierwszych 10 minut. Co ciekawe, dla mikroskrzeplin wieprzowych 50% trombolizy osiągnięto szybciej przy podejściu łączonym (8 minut) w porównaniu do samego CoFI (12 minut). W przeciwieństwie do tego, różnica jest mniejsza dla ludzkich MT, gdzie podejście łączone przyspiesza lizę tylko dla najniższej mikrodawki alteplazy. Dla ludzkich MT najwyższa mikrodawka alteplazy w podejściu łączonym osiągnęła 50% trombolizy już po 4 minutach. Jest to 2 razy szybciej niż dla mikroskrzeplin wieprzowych w podejściu łączonym i 3 razy szybciej niż dla samego CoFI.

Ogólnie, podejście łączone prowadzi do znacznie szybszej ogólnej trombolizy niż samo CoFI dla wszystkich mikrodawek alteplazy z wyjątkiem 0,6 mg.

Czy mikrodawki alteplazy są bezpieczne dla śródbłonka?

Jednym z obaw związanych z podejściem CoFI jest miejscowe stosowanie skoncentrowanej alteplazy, co mogłoby potencjalnie prowadzić do wynaczynienia erytrocytów przez już uszkodzone mikronaczynia i powodować krwotok wewnątrzmięśniowy (IMH). Pozanaczyniowa akumulacja erytrocytów w IMH powoduje przedłużoną reakcję zapalną z powodu produktów degradacji żelaza i występuje u nawet 50% pacjentów ze STEMI po PCI. IMH oprócz MVO został niedawno uznany za ważny czynnik przyczyniający się do poważnych zdarzeń sercowo-naczyniowych i śmiertelności.

Aby określić tolerancję zarówno wieprzowych komórek śródbłonka tętniczego (PAECs), jak i ludzkich komórek śródbłonka tętniczego (HAECs) na alteplazę in vitro, komórki śródbłonka inkubowano ze stężeniami leku odpowiadającymi mikrodawkom alteplazy CoFI stosowanym w eksperymentach z lizą MT. Połączenia komórek śródbłonka wykazywały nienaruszone i jednolite barwienie dla wszystkich mikrodawek do 1,5 mg (odpowiadających stężeniu alteplazy 100 µg/ml) zarówno dla PAECs, jak i HAECs. Komórki śródbłonka inkubowane z pięciokrotnie wyższymi mikrodawkami (7,5 mg, odpowiadającymi stężeniu alteplazy 500 µg/ml) wykazywały plamiste barwienie połączeń i szczeliny między komórkami wskazujące na oderwanie komórek. Wyniki te pokazują, że mikrodawki alteplazy do 1,5 mg (odpowiadające stężeniom do 100 µg/ml) są tolerowane przez komórki śródbłonka tętniczego zarówno wieprzowego, jak i ludzkiego, podczas gdy wyższe dawki prowadzą do przerwania połączeń komórek śródbłonka i oderwania komórek.

Jakie wyzwania i perspektywy stawia przed nami terapia MVO?

Badania wykazały, że znacząca tromboliza mikroskrzeplin jest osiągana przy krótkim, ale wysoce skoncentrowanym leczeniu alteplazą. Dlatego podejście CoFI byłoby idealne do dostarczania leków trombolitycznych do MT w embolizującym MVO. Dalsze i trwające badania koncentrują się na leczeniu MVO spowodowanego przez MT w modelu świńskim w oparciu o mikrodawki alteplazy ustalone w opisanych badaniach.

Nowością tego badania jest to, że tromboliza jest możliwa przy bardzo krótkiej ekspozycji na wysokie stężenia alteplazy. Połączenie krótkiej ekspozycji i lokalnie wysokiego stężenia jest wykonalne przy bardzo małym bolusie leku (mikrodawce) podawanym przez system CoFI. Wyniki te mają wpływ na zrozumienie, jak terapia lekowa embolizującego MVO może być podawana najefektywniej. Wykazano, że długa ekspozycja na lek (osiągana przez infuzję IV) nie jest konieczna, aby alteplaza mogła spełniać swoją funkcję. Zamiast tego, dostarczenie leku terapeutycznego bezpośrednio do MT przez tylko 90 sekund przy wysokich lokalnych stężeniach leku powoduje trombolizę i ma potencjał do leczenia MVO spowodowanego przez embolizujące MT.

Ważnym czynnikiem, który wpływa na skuteczność lizy r-tPA, jest retrakcja skrzepu, przy czym nieskurczone skrzepliny są bardziej porowate i podatne na trombolizę niż skurczone skrzepliny. Retrakcja skrzepu została zaobserwowana in vitro i opisana dla skrzeplin wieńcowych in vivo, gdzie retrakcja zwiększała się z czasem po zakrzepnięciu, co pokazano przez zwiększone występowanie skompresowanych czerwonych krwinek w kształcie poliedrocytów, co jest oznaką retrakcji skrzepu. Skrzepliny, które miały do 2 godzin, nie wykazywały prawie żadnej retrakcji, podczas gdy skrzepliny starsze niż 12 godzin były silnie skurczone.

Badania wykazały, że stworzone in vitro skrzepliny są nieskurczone lub lekko skurczone, co sugeruje, że są one łatwo podatne na trombolizę i prawdopodobnie przypominają świeże skrzepliny tętnicze, które jeszcze nie są skurczone. Jest to istotne w kontekście STEMI, gdzie leczenie jest zwykle rozpoczynane w ciągu 6 godzin od wystąpienia objawów, co sugeruje, że te skrzepliny są raczej świeże i prawdopodobnie nie są silnie skurczone. Jednak trudno jest zbadać dokładną ilość retrakcji skrzepu in vivo, co utrudnia bezpośrednie porównanie retrakcji dla skrzeplin in vitro i in vivo.

Innym czynnikiem, który wpływa na skuteczność lizy, jest skład skrzepu, ale bardzo trudno jest porównać skład skrzepu in vitro do in vivo, ponieważ skrzepliny in vivo są bardzo heterogeniczne. Ponadto istnieje bardzo mało danych na temat składu MT. Jedno badanie wykazało, że embolizowane skrzepliny wieńcowe składają się z płytek krwi i fibryny, ale badanie to nie ilościowo określiło erytrocytów. Chociaż stworzone in vitro skrzepliny nie odtwarzają dokładnie składu in vivo, zawierają one główne składniki, takie jak fibryna (cel tPA) i erytrocyty.

Oprócz retrakcji i składu skrzepu, zaobserwowano istotne różnice w podatności na leczenie trombolityczne mikroskrzeplin wieprzowych w porównaniu do ludzkich dla wszystkich testowanych mikrodawek alteplazy. Chociaż ludzki i wieprzowy układ sercowo-naczyniowy mają podobieństwa, wykazano, że krew świńska jest hiperkoagulacyjna w porównaniu do krwi ludzkiej, z podwyższonym poziomem fibrynogenu, ale niską fibrynolizą i opóźnioną aktywacją plazminogenu. Zgodnie z tym, zaobserwowano 1,2 do 2,5 razy wyższą trombolizę dla ludzkich MT w porównaniu do wieprzowych MT. Jest to zgodne z badaniami innych, które wykazały, że ludzkie skrzepliny doświadczają sześciokrotnie wyższej utraty masy skrzepu niż skrzepliny wieprzowe po leczeniu alteplazą. Wykazano również, że skrzepliny wieprzowe wymagają wyższych stężeń alteplazy, aby osiągnąć porównywalną trombolizę do skrzeplin ludzkich. Podobnie, zaobserwowano, że tylko najwyższa testowana mikrodawka alteplazy (1,5 mg) powodowała porównywalną trombolizę dla ludzkich i wieprzowych MT. Dla wszystkich niższych mikrodawek liza ludzkich MT była znacznie silniejsza niż liza wieprzowych MT. Ponadto, wieprzowe MT wykazały również zależny od dawki wzrost lizy, potwierdzając, że dawka alteplazy wpływa na efektywność lizy. W przeciwieństwie do tego, ludzkie MT wykazały konsekwentnie wysoką lizę dla wszystkich testowanych mikrodawek alteplazy, sugerując nasycenie potencjału trombolitycznego dla ludzkich MT w testowanym zakresie. Interesujące byłoby przetestowanie mikrodawek poniżej 0,075 mg (najniższa testowana mikrodawka), aby zrozumieć limit dla lizy ludzkich MT.

Wszystkie te wyniki potwierdzają podejście CoFI do trombolizy MT, ale zaobserwowano również, że leczenie ludzkich (ale nie wieprzowych MT) równoważne dawce IV było wystarczające do indukcji trombolizy. Sugeruje to, że niskie stężenie leku (2 µg/ml) przez dłuższy czas (25 minut) może osiągnąć trombolizę tak efektywnie jak CoFI dla ludzkich MT, ale nie dla wieprzowych MT. Zgodnie z tymi wynikami, wykazano, że ludzkie skrzepliny mogą być lizowane przez perfuzję ludzkim osoczem zawierającym 3,15 µg/ml alteplazy. Skrzepliny wieprzowe perfundowane tym samym stężeniem alteplazy w osoczu wieprzowym nie wykazały trombolizy. Jednak dane kliniczne jak dotąd nie wykazały znaczącego wpływu terapii IV lub IC na MVO wykryte przez cMRI. W rzeczywistości, w warunkach klinicznych IV lub IC, w przeciwieństwie do większości modeli in vitro, krążąca krew zawierająca alteplazę dociera do MT mniej efektywnie z powodu upośledzonej perfuzji. Dlatego CoFI jest kluczowe, aby dostarczyć leki fibrynolityczne do MT w obszarze MVO i utrzymać wysokie stężenia, zapobiegając wypłukiwaniu leku przez wystarczająco długi czas, aby zainicjować trombolizę.

Aby osiągnąć istotne stężenie leku systemowo klinicznie, należy podać wysokie dawki bolusa IV alteplazy, w tym dawkę podtrzymującą. W przeciwieństwie do tego, CoFI można osiągnąć przy niezwykle niskich całkowitych mikrodawkach alteplazy, które są ponad 1000-krotnie niższe niż dawka IV.

Aby zbadać możliwą korzyść z leczenia CoFI dodanego do standardowego leczenia IV na lizę MT, przeprowadzono eksperymenty lizy łączące CoFI z dawką IV (2 µg/ml alteplazy w osoczu). Podejście łączone przyspiesza dynamikę lizy MT bez wpływu na całkowitą ilość lizy, sugerując, że może otworzyć zablokowane mikronaczynia do 1,5 razy wcześniej, zmniejszając tym samym czas niedokrwienia. Jednak nagła reperfuzja zablokowanych naczyń może zmniejszyć regenerację mięśnia sercowego i zwiększyć arytmie, sugerując, że przyspieszenie trombolizy nie jest koniecznie korzystne. Dodatkowo, podejście łączone zwiększa całkowitą dawkę alteplazy do 1’333-krotnie dla ludzkich i 300-krotnie dla wieprzowych MT (dla najniższej testowanej mikrodawki) w porównaniu do samego CoFI. Potencjalnie zwiększa to ryzyko krwawienia systemowego, bez zwiększania bezwzględnej ilości trombolizy. Dlatego takie podejście do leczenia embolizującego MVO powinno być krytycznie ocenione.

Jednym z obaw związanych z podejściem CoFI jest miejscowe stosowanie skoncentrowanej alteplazy, co mogłoby potencjalnie prowadzić do wynaczynienia erytrocytów przez już uszkodzone mikronaczynia i powodować krwotok wewnątrzmięśniowy (IMH). Pozanaczyniowa akumulacja erytrocytów w IMH powoduje przedłużoną reakcję zapalną z powodu produktów degradacji żelaza i występuje u nawet 50% pacjentów ze STEMI po PCI. IMH oprócz MVO został niedawno uznany za ważny czynnik przyczyniający się do poważnych zdarzeń sercowo-naczyniowych i śmiertelności. Chociaż niektóre badania pokazują korelację między stosowaniem inhibitorów płytek krwi a IMH, istnieją ograniczone dane dla alteplazy w kontekście wieńcowym. Zaobserwowano, że pacjenci otrzymujący dużą (20 mg) wewnątrzwieńcową dawkę alteplazy wykazują wzrost IMH w porównaniu do placebo. Ale było to obserwowane tylko dla podgrupy leczonej późno (> 4 h) po wystąpieniu objawów. W rzeczywistości, zaproponowano, że czas niedokrwienia i reperfuzja w ogóle, a nie stosowanie trombolityków, są związane z IMH. Co ważne, zarówno dawka alteplazy, jak i stężenie w badaniu są ponad dziesięć razy wyższe niż to, co zastosowano w eksperymentach in vitro. Dodatkowo, wykazano, że wysokie lokalne stężenia alteplazy nie uszkadzają połączeń komórek śródbłonka, sugerując, że CoFI z alteplazą nie pogorszyłoby żadnych istniejących wcześniej uszkodzeń komórek śródbłonka i dlatego nie oczekuje się, że zwiększy wynaczynienie erytrocytów. Niemniej jednak, nie można wykluczyć udziału alteplazy w rozwoju IMH i powinno to być zbadane w przyszłych badaniach.

Badania mają kilka ograniczeń. Po pierwsze, pracowano wyłącznie z modelem in vitro. Chociaż model nie odtwarza adekwatnie wszystkich fizjologicznych warunków in vivo, reprezentuje on fizjologiczną dynamikę płynów i skalę rozmiaru mikrokrążenia wieńcowego dotkniętego embolizującym MVO. Co ważne, pozwala on na wgląd w trombolizę pod przepływem w kontrolowanych warunkach i izolowaną od czynników zakłócających, które mogą wystąpić in vivo. Ponadto, obecny model in vitro nie został stworzony, aby zastąpić badania na zwierzętach in vivo. Został raczej zaprojektowany, aby ustanowić ilościową bazę dla badań in vivo i dostarczyć istotnych informacji, które stężenia leku (w danym ustawieniu terapeutycznym z krótkim czasem inkubacji) mogą być w stanie osiągnąć znaczącą trombolizę. Wyniki te pomogą zaprojektować skuteczne protokoły eksperymentalne dla badań na zwierzętach i zinterpretować dane in vivo.

Po drugie, skrzepliny krwi tworzono in vitro. Wykazano, że model skrzepu in vitro jest porównywalny do niektórych skrzeplin opisanych w literaturze, ale w metodzie tworzenia skrzeplin brakuje naprężenia ścinającego. Prawdopodobnie ma to wpływ na skład i retrakcję skrzepu, co wpływa na podatność na trombolizę.

Po trzecie, użyto osocza cytrynianu zamiast pełnej krwi do perfuzji. Osocze jest ustanowione jako płyn biologiczny i było używane do licznych badań trombolizy mikrofluidycznej in vitro. Jednak pełna krew zawiera dodatkowe komórki i białka, które mogą zakłócać trombolizę. Na przykład, płytki krwi mogą przyczyniać się do efektu prozakrzepowego po leczeniu alteplazą z powodu aktywacji płytek krwi i trombiny przez alteplazę. Zostało to zaproponowane jako potencjalna przyczyna wyników uzyskanych w badaniu T-TIME, które badało podawanie alteplazy IC. Zaobserwowano osłabienie średniej lizy ludzkiego skrzepu o około 10% in vitro w obecności nieaktywowanych wstępnie płytek krwi. Wskazuje to, że istnieje hamujący wpływ płytek krwi na lizę MT. Niemniej jednak, nadal występuje znacząca tromboliza, sugerując że podobnych wyników można oczekiwać in vivo w krążeniu krwi.

Podsumowując, model in vitro pokazuje, że znacząca tromboliza MT jest osiągana przy krótkim, ale wysoce skoncentrowanym leczeniu alteplazą. Dlatego podejście CoFI byłoby idealne do dostarczania leków trombolitycznych do MT w embolizującym MVO. Dalsze i trwające badania koncentrują się na leczeniu MVO spowodowanego przez MT w modelu świńskim w oparciu o mikrodawki alteplazy ustalone w opisanych badaniach.

Podsumowanie

Badania wykazały, że zaburzenia drożności mikrokrążenia wieńcowego (MVO) dotykają 57% pacjentów ze STEMI leczonych PCI. Nowa metoda terapeutyczna wykorzystująca system CoFI umożliwia precyzyjne dostarczanie leków trombolitycznych do mikronaczyń poprzez kontrolowaną infuzję przepływową. Eksperymenty in vitro potwierdziły, że krótka, 90-sekundowa ekspozycja na wysokie stężenia alteplazy jest wystarczająca do osiągnięcia znaczącej trombolizy. Mikrodawki alteplazy do 1,5 mg okazały się bezpieczne dla komórek śródbłonka, nie powodując ich uszkodzenia. System CoFI pozwala na stosowanie dawek tysiąckrotnie niższych niż przy podaniu dożylnym, co może znacząco zmniejszyć ryzyko powikłań krwotocznych. Badania wykazały różnice w skuteczności terapii między skrzeplinami ludzkimi a wieprzowymi, przy czym te pierwsze wykazywały wyższą podatność na trombolizę. Połączenie terapii CoFI ze standardowym leczeniem dożylnym przyspiesza dynamikę lizy, jednak może wiązać się z większym ryzykiem powikłań.