Verstoorde adaptatie van het longvaatbed aan verhoogde shear stress

  • Naam promovendus: Dr H. Bogaard
  • Instituut Universiteit: Vrije Universiteit Faculteit der Geneeskunde

Pulmonale arteriële hypertensie (PAH) is een progressieve ziekte waarbij vernauwing van de bloedvaten in de long leidt tot overbelasting van het hart. Door gebruik te maken van weefsels en cellen van PAH patiënten (verkregen tijdens longtransplantatie of obductie) en van een nieuw uniek diermodel voor PAH, beogen wij een beter inzicht verkrijgen in de rol van een veranderde bloedstroom in de long bij het ontstaan van ongecontroleerde groei van endotheelcellen.

Pulmonale arteriële hypertensie (PAH) is een progressieve ziekte waarbij vernauwing van de bloedvaten in de long leidt tot overbelasting van het hart. Behandeling van de ziekte is vaak belastend en kan het vroegtijdig overlijden van patiënten aan de gevolgen van hartfalen niet voorkomen. Veel van het klinisch onderzoek betreft op dit moment onderzoek naar geneesmiddelen die ook in de kankergeneeskunde worden gebruikt. De wetenschappelijke onderbouwing voor het gebruik van deze medicatie in PAH is echter zwak en de potentiële bijwerkingen zijn aanzienlijk: hun groeiremmende werking verstoort mogelijk de aanpassing van het hart aan drukoverbelasting en verergert mogelijk al bestaande schade aan de bloedvaten in de longen van PAH patiënten.

Doel van het onderzoek: een beter inzicht in het ontstaan van PAH
De vernauwing van de longvaten in PAH is enerzijds het gevolg van het samentrekken van spiertjes in de wand van de bloedvaten en anderzijds het gevolg van ongecontroleerde groei van de cellen die de vaatwand bekleden: de endotheelcellen. Omdat deze celgroei gemeenschappelijke kenmerken heeft met
kwaadaardige celgroei, heeft dit geleid tot de gedachte dat PAH een aan kanker verwante ziekte is (de ‘kanker-hypothese’). Op dit moment is nog onvoldoende onderzocht wat de oorzaken zijn van de ongecontroleerde groei van endotheelcellen in PAH. Door gebruik te maken van weefsels en cellen van PAH patiënten (verkregen tijdens longtransplantatie of obductie) en van een nieuw uniek diermodel voor PAH, beogen wij een beter inzicht verkrijgen in de rol van een veranderde bloedstroom in de long bij het ontstaan van ongecontroleerde groei van endotheelcellen. Wij richten ons daarbij op de effecten van een verhoogde schuifspanning (shear stress); schuifspanning is een begrip waarmee de effecten kunnen worden beschreven van een stromende vloeistof op het oppervlak waarmee het contact maakt. Wij hebben de volgende doelstellingen gedefinieerd:
Het beter beschrijven van de effecten van een verhoogde schuifspanning op het gedrag van longendotheelcellen van PAH patiënten en gezonde personen
Het beter beschrijven van een nieuw PAH diermodel (het SuHx model) dat gekenmerkt wordt door ongecontroleerde groei van endotheelcellen in de longvaten. Dit model geeft als geen ander diermodel een unieke representatie van de vaatveranderingen die optreden in de longen van PAH patiënten.
Bovendien heeft dit model zijn (translationele) waarde getoond in de ontwikkeling van nieuwe behandelingen in patiënten met PAH.

Methode
Gebruik wordt gemaakt van weefsel en cellen van PAH patiënten verkregen na obductie of longtransplantatie. Een vergelijking zal worden gemaakt met chirurgisch weefsel verkregen van patiënten die om andere redenen een longoperatie ondergingen. De ratten in het diermodel krijgen een drukzender geïmplanteerd voor continue drukmetingen en op gezette tijden zal de longvaataandoening worden beoordeeld. Bij andere ratten zal de longdoorbloeding lokaal worden onderbroken, waarna zal worden beoordeeld of deze interventie geleid heeft tot het opnieuw opengaan van longvaten. Vernieuwende aspecten van dit voorstel zijn:
Unieke focus op de rol van een veranderde bloedstroom bij het ontstaan van celeigenschappen die ook gezien worden bij kwaadaardige ziektes
Eerste studie naar het effect van schuifspanning op endotheelcellen van PAH patiënten
Eerste gedetailleerde beschrijving van een veelbelovend nieuw diermodel voor PAH: het SuHx model

Abstract

In pulmonary arterial hypertension (PAH), functional and structural abnormalities of small blood vessels in the lung induce right heart pressure overload and failure. Vasoconstriction was initially seen as the main cause of the disease, but despite vasodilating therapies many PAH patients continue to die at a young age. After accumulation of evidence of exuberant growth and resistance to cell death (apoptosis) of various cell types in the PAH vasculature, a new pathobiological concept recently emerged proposing PAH as a cancer-like disease. Anti-angiogenic and anti-proliferative drugs have entered clinical investigations, while intrinsic toxic side-effects of these drugs on the pressure-overloaded right heart are being neglected. Moreover, the fact is ignored that the molecular changes consistent with proliferation and apoptosis-resistance do not necessarily imply a malignant transformation, but may alternatively represent a cellular repair response to sustained stress.

We hypothesize that by increasing the force of friction on the vessel wall (by altered flow profiles and shear stresses), the pivotal source of vascular injury in PAH is an increased pulmonary blood flow velocity, whether caused by vasoconstriction, an increased cardiac output or by a loss of patent vessels (vascular rarefaction). The first specific aim of our studies is to determine the effects of altered fluid flow on endothelial cells isolated from the lungs of patients with PAH and controls. An extensive set of in vitro studies will be used to determine morphological and functional changes in cultured pulmonary endothelium in response to alterations in fluid flow. The effects of altered shear stress will be determined on proliferation rates and anti-apoptotic signaling. It will also be investigated whether normalization of fluid flow rescues the phenotype of PAH cells. The second specific aim is to determine whether a high blood flow velocity is necessary and sufficient to induce and maintain pulmonary vascular remodeling in rats with experimental PAH. We will make use of a new animal model: the SuHx rat model. This model is unique in its reproduction of the exact pathology as found in patients with PAH. It shows vascular lumens obstructed by endothelial-like cells (angio-obliteration and, ultimately, plexiform lesions) after exposure to hypoxia and the VEGF-R blocker SU5416. Vascular remodeling in the SuHx rats is associated with over- expression of markers of cell death, proliferation, apoptosis resistance and ECM remodeling. A detailed time-course analysis of hemodynamic, histological and molecular changes in the SuHx model has yet to be performed. If our hypothesis is correct that shear stress induced cellular injury is both necessary and sufficient for the development of angio-obliterative remodeling in the SuHx model, we expect an altered pulmonary blood flow and capillary rarefaction prior to the development of apoptosis-resistance and angio-obliteration. We also expect that angio-obliterative lesion development can be reversed by lowering pulmonary blood flow velocity via local obstruction of pulmonary arteries. Proof of our hypothesis would imply that treatment of PAH and prevention of subsequent right heart failure requires an approach based on a reduction of shear stress and guidance of an appropriate repair, rather than on inducing additional injury to the endothelium with cancer drugs.

  • Bedrag:
    250.000,00
  • Looptijd:
    4 jaar,
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
    Dr G.P. van Nieuw Amerongen
  • Projectnummer:
    3.3.12.036