NFP37 SOMATIC GENE THERAPY Divulgation Abstracts phase B

It

Fr

De

---

YANG, Zhihong	Physiologisches Institut, Universitaet Zuerich Irchel, Winterthurerstr. 190, CH-8057 Zuerich tel 01 635 5097; fax 01 635 6827 e-mail: zihongy@physiol.unizh.ch
Title:	n vivo gene transfer of endothelial nitric oxide synthase in the saphenous vein: a pilot study for gene therapy of bypass graft disease
Co-applicants:
Collaborators:	names
	SCIENTIFIC | PUBLICATION | DIVULGATION | BACK TO TOP

---

DIVULGATION TEXT AT SUBMISSION (1998):

Die koronare Herzkrankheit ist die häufigste Todesursache in westlichen Industrieländern. In der Schweiz sind knapp die Hälfte (43.4%) der Todesfälle auf Herz- und Kreislaufversagen zurückzuführen. Um Patienten auf Dauer von ihren Herzbeschwerden zu befreien, werden in der Schweiz jährlich etwa 4000 bis 5000 koronare Bypassoperationen durchgeführt; das entspricht mehr als zwei Dritteln aller Herzoperationen. Dabei werden körpereigene arterielle (Arteria mammaria interna, AMI) oder venöse Gefässe (Vena saphena magna, VS) als Ersatzgefässe (Bypassgefässe) verwendet, um die verengten Abschnitte der Herzkranzarterien zu überbrücken. Klinische Studien zeigten, dass etwas mehr als die Hälfte der venösen Bypassgefässe sich im Durchschnitt 10 Jahre nach der Herzoperation verschliessen, während über 95% der arteriellen Bypassgefässe offen bleiben. Wegen des Mangels an arteriellem Material kann man auf die Venen leider nicht verzichten. Typischerweise werden sowohl Arterien als auch Venen beim gleichen Patienten als Bypassgefässe verwendet.

Pathophysiologisch sind mindestens zwei prozesse an der Bypassgefässerkrankung vor allem venöser Bypassgefässerkrankung beteiligt: (1) Bildung des Blutgerinnsels an der inneren Gefässwand, was häufig zu einem akuten Verschluss des Gefässes führt. Dafür ist eine gestörte Funktion der Endothelzellen, welche die innere Gefässwand umkleiden, verantwortlich; (2) eine progressive Gefässwandverdickung, welche auf die überschiessende Vermehrung glatter Muskelzellen in der Gefässwand zurückzuführen ist. Dieser Prozess führt zu einer chronischen Verengung des Gefässes. Diese Mechanismen sind viel ausgeprägter bei den venösen als bei den arteriellen Bypassgefässen. d.h. viel häufigere Bildung des Blutgerinnsels und viel ausgeprägtere Gefässwandverdickung kommen bei den venösen Bypassgefässen vor als bei den arteriellen.

Unsere Forschungsarbeit zeigte, dass die Endothelzellen Stickstoffmonoxyd (NO) aus L-Arginin durch Aktivierung der NO-Synthase (NOS) produzieren; NO wirkt als Vasodilatator sowie auch als Hemmer der Plättchenadhäsion und -aggregation somit Gerinnselbildung. Diese Wirkungen von NO verhindern einen akuten Verschluss des Gefässes. Ausserdem hemmt NO auch das Wachstum der Gefässmuskelzellen und somit Gefässwandverdickung (Fig. 1); diese Wirkung von NO bremst den langjährigen Process der Gefässverengung. Interessant ist, dass die Endothelzellen von venösen Bypassgefässen viel weniger NOS-Gen exprimieren und deshalb weniger NO bilden als die von arteriellen Bypassgefässen. Dadurch lässt sich bei den Venen sowohl eine ausgeprägtere Vasokonstriktion, Gerinnselbildung als auch ein stärkeres Wachstum glatter Muskelzellen nachweisen.

Deshalb sollte man strategisch als ursächliche Therapie die Endothelfunktion (NOS-Genexpression) von den Venen verstärken (Fig. 1). Zu diesem Zweck haben wir NOS-Gen im Labor in vitro und ex vivo mittels inaktivierten Adenoviren in die Gefässwand der menschlichen Vena saphena magna hineingebracht. Die NOS-Genexpression wurde in den isolierten Gefässsegmenten massiv erhöht. Es lässt sich zeigen, dass die Plättchenadhäsion an der Gefässwand dadurch deutlich vermindert und das Wachstum der Gefässmuskelzellen gehemmt wurde. Momentan sind wir daran, die neuen sicheren viralen Vektoren zu entwickeln. Fallls wir vielversprechende Resultate im Labor erringen würden, würden wir eine Pilotstudie für in vivo NOS-Gentransfer in der Klinik initiieren. Wir hoffen, danach eine klinische Gentherapie bei Patienten mit Bypassoperationen durchführen zu können.

Fig. 1: Endothelzellen produzieren Stickstoffmonoxyd (NO) aus L-Arginin (L-Arg) durch Aktivierung der NO-Synthase (NOS); NO wirkt als Vasodilatator sowie auch als Hemmer der Plättchenadhäsion und -aggregation somit Gerinnselbildung. Diese Wirkungen von NO verhindern Gefässkontraktion auf Thromboxan A2 (TxA2) und Serotonin (5-HT), welche von den Plättchen freigesetzt werden. Ausserdem hemmt NO auch das Wachstum der Gefässmuskelzellen und somit Gefässwandverdickung. Die Endothelzellen von venösen Bypassgefässen exprimieren viel weniger NOS-Gen und deshalb bilden weniger NO als die von arteriellen Bypassgefässen. Dadurch lässt sich bei den Venen sowohl eine ausgeprägtere Vasokonstriktion, Gerinnselbildung als auch ein stärkeres Wachstum glatter Muskelzellen nachweisen. Deshalb sollte man strategisch als ursächliche Therapie die Endothelfunktion (NOS-Genexpression) von den Venen verstärken.

---

text (font Courier, corps 3)

Gentransfer der endothelialen NO-Synthase als eine neue therapeutische Möglichkeit für menschliche koronare Bypassgefässerkrankung

Die koronare Herzkrankheit ist die häufigste Todesursache in westlichen Industrieländern. In der Schweiz sind knapp die Hälfte (43.4%) der Todesfälle auf Herz- und Kreislaufversagen zurückzuführen. Um Patienten auf Dauer von ihren Herzbeschwerden zu befreien, werden in der Schweiz jährlich etwa 4000 bis 5000 koronare Bypassoperationen durchgeführt; das entspricht mehr als zwei Dritteln aller Herzeperationen. Dabei werden körpereigene arterielle (Arteria mammaria interna, AMI) oder venöse Gefässe (Vena sephena magna, VS) als Ersatzgefässe (Bypassgefässe) verwendet, um die verengten Abschnitte der Herzkranzarterien zu überbrücken (Fig.1, links). Klinische Studien zeigten, dass etwas mehr als die Hälfte der venösen Bypassgefässe sich im Durchschnitt 10 Jahre nach der Herzoperation verschliessen, während über 95% der arteriellen Bypassgefässe offen bleiben (Fig.1, rechts). Wegen des Mangels an arteriellem Material kann man auf die Venen leider nicht verzichten. Typischerweise werden sowohl Arterien als auch Venen beim gleichen Patienten als Bypassgefässe verwendet.

--> Bild folgt später

Fig. 1: Bypassoperationen mit körpereigenen Arteria Mammaria Interna (IMA) und Vena Saphena (SV) (links). Die Venen haben eine niedrigere Offenhaltungsrate als die Arterien (rechts).

Pathophysiologisch sind mindestens zwei Prozesse an der Bypassgefässerkrankung vor allem venöser Bypassgefässerkrankung beteiligt: (1) Bildung des Blutgerinnsels an der inneren Gefässwand, was häufig zu einem akuten Verschluss des Gefässes führt. Dafür ist eine gestörte Funktion der Endothelzellen, welche die innere Gefässwand umkleiden, verantwortlich; (2) eine progressive Gefässwandverdickung, welche auf die überschiessende Vermehrung glatter Muskelzellen in der Gefässwand zurückzuführen ist. Dieser Prozess führt zu einer chronischen Verengung des Gefässes. Diese Mechanismen sind viel ausgeprägter bei den venösen als bei den arteriellen Bypassgefässen, d.h. viel häufigere Bildung des Blutgerinnsels und viel ausgeprägtere Gefässwandverdickung kommen bei den venösen Bypassgefässen vor als bei den arteriellen (Fig. 2).

--> Bild folgt später

Fig. 2: Pathologische Mechanismen der venösen Bypassgefässerkrankungen (siehe Text oben).

Unsere Forschungsarbeit zeigte, dass die Endothelzellen Stickstoffmonoxyd (NO) aus L-Arginin durch Aktivierung der NO-Syntbase (NOS) produzieren; NO wirkt als Vasodilatator sowie auch als Hemmer der Plättchenadhäsion und -aggregation somit Gerinnselbildung. Diese Wirkungen von NO verhindern einen akuten Verschluss des Gefässes. Ausserdem hemmt NO auch das Wachstum der Gefässmuskelzellen und somit Gefässwandverdickung (Fig. 3); diese Wirkung von NO bremst den langjährigen Prozess der Gefässverengung. Interessant ist, dass die Endothelzellen von venösen Bypassgefässen viel weniger NOS-Gen exprimieren und deshaib weniger NO bilden als die von arteriellen Bypassgefässen. Dadurch lässt sich bei den Venen sowohl eine ausgeprägtere Vasokonstriktion, Gerinnselbildung als auch ein stärkeres Wachstum glatter Muskelzellen nachweisen (Fig. 3 und 4).

--> Bild folgt später

Fig. 3: Unterschiedliche Endothelfunktionen bei der arteriellen und venösen Bypassgefässen

(Siehe Text).

--> Bild folgt später

Fig. 4: Unterschiedliche Wachstumsaktivität glatter Muskelzellen bei der IMA und SV (Siehe Text).

Deshalb sollte man strategisch als ursächliche Therapie die Endothelfunktion (NOS-Genexpression) von den Venen verstärken (Fig. 5). Zu diesem Zweck haben wir NOS-Gen im Labor in vitro und ex vivo mittels inaktivierten Adenoviren in die Gefässwand der menschlichen Vena saphena magna hineingebracht. Die NOS-Genexpression wurde in den isolierten Gefässsegmenten massiv erhöht. Es lässt sich zeigen, dass die Plättchenadhäsion an der Gefässwand dadurch deutlich vermindert und das Wachstum der Gefässmuskelzellen gehemmt wurde. Momentan sind wir daran, die neuen sicheren viralen Vektoren zu entwickeln. Fallls wir vielversprechende Resultate im Labor erringen würden, würden wir eine Pilotstudie für in vivo NOS-Gentransfer in der Klinik initiieren. Wir hoffen, danach eine klinische Gentherapie bei Patienten mit Bypassoperationen durchführen zu können.

--> Bild folgt später

Fig. 5: Endothelzellen produzieren Stickstoffmonoxyd (NO) aus L-Arginin (L-Arg) durch Aktivierung der NO-Syntbase (NOS); NO wirkt als Vasodilatator sowie auch als Hemmer der Plättchenadhäsion und -aggregation somit Gerinnselbildung. Diese Wirkungen von NO verhindern Gefässkontraktion auf Thromboxan A2 (TxA ) und Serotonin (5-HT), welche von den Plättchen freigesetzt werden. Ausserdem hemmt NO auch das Wachstum der Gefässmuskelzellen und somit Gefässwandverdickung. Die Endothelzellen von venösen Bypassgefässen exprimieren viel weniger NOS-Gen und deshalb bilden weniger NO als die von arteriellen Bypassgefässen. Dadurch lässt sich bei den Venen sowohl eine ausgeprägtere Vasokonstriktion, Gerinnselbildung als auch ein stärkeres Wachstum glatter Muskelzellen nachweisen. Deshalb sollte man strategisch als ursächliche Therapie die Endothelfunktion (NOS-Genexpression) von den Venen verstärken.

text (font Courier, corps 3)

---

page top

It

Fr

De