Kardio-onkológia munkacsoport

Projektek

Gyulladásos és immunológiai folyamatok vizsgálata kardiovaszkuláris megbetegedésekben

A krónikus szívelégtelenség prognózisa a modern terápiás eszközök és gyógyszerek mellett is igen rossz, a betegek mintegy fele a diagnózist követő 5 éven belül meghal. A betegség kezelése igen nagy terhet ró az egészségügyi rendszerekre. A szívelégtelenség számos okból jöhet létre, de kialakulása során a szívizomzat szerkezete és funkcionalitása károsodik. Leggyakoribb okok közé az iszkémiás szívbetegség, genetikai és gyógyszer indukálta (leggyakrabban tumor ellenes kemoterápiák) kardiomiopátiák tartoznak, de aritmiák és billentyűbetegségek is okozhatják a kialakulását. Az eltérő etiológia ellenére a szívelégtelenség progressziójaban fontos szerepet játszanak mind celluláris (neutrophil granulociták, makrofágok, B és T limfociták) mind pedig humorális gyulladásos folyamatok, gyulladáskeltő citokinek, neuropeptidek, így az IL-1β, IL-18 vagy a TNF-α, melyek jelentősen fokozzák a szívizomzat károsodását.

Vizsgálataink célja ezen sejttípusok és a különböző humorális faktorok terápiás modulálásának vizsgálata különböző szívelégtelenség modellekben és in vitro sejtalapúkísérletes rendszereken.

1.1. Különböző gyulladásos mechanizmusok (inflammaszóma priming és aktiváció, DNS szenzor útvonalak) szerepe és terápiás befolyásolási lehetőségei szívbetegségekben

Projektfelelős: Dr. Onódi Zsófia, Dr. Mórotz Gábor, Dr. Varga Zoltán

Az IL-1β felszabadulást az inflammaszómák szabályozzák. Az inflammaszómák olyan multiprotein-komplexek, amelyeket különböző immunsejtek expresszálnak, és amelyek a citokinek, pl. az IL-1β és az IL-18 hasítását és felszabadulását indukálják. Amikor patogén- vagy veszély-asszociált minták jelennek meg, az immunsejtek az inflammaszóma fehérjéket fokozottan expresszálják, hogy felkészüljenek az immunválaszra (a jelenséget inflammaszóma “priming”-nak nevezik). Ha az intracelluláris inflammaszóma szenzorok (mint például az NLRP3, NLRC4 vagy AIM2) felismerik a specifikus mintázatokat, az inflammaszómák oligomerizálódnak, és aktiválják a kaszpáz-1 enzimet, ami a citokinek hasításához vezet (ezt nevezik inflammaszóma “aktiválásnak” vagy “triggerelésnek”). Korábbi vizsgálataink azt mutatták, hogy az inflammaszómák jelentős szerepet játszhatnak a HF patomechanizmusában, mivel az AIM2 és az NLRC4 inflammaszóma szenzorok fokozott fehérjeexpresszióját találtuk a szívelégtelen (HF) betegekből származó humán szívmintákban, amit az IL-1β kimutatásával is megerősítettünk [1, 2]. Továbbá kimutattuk, hogy a probenecid – egy klinikailag alkalmazott köszvényelleni gyógyszer – jelentős gyulladáscsökkentő, különösen inflammaszóma inhibitor hatással rendelkezik in vitro és in vivo modellekben [1]. Irodalmi adatok szerint [3] a probenecid a pannexin-1 csatorna gátlásán keresztül a purinerg szignalizáció modulálásával hathat, amely gátolhatja az inflammaszóma primingot és aktivációt is. Még mindig nem ismert azonban, hogy a probenecid és más inflammaszóma inhibitorok pontosan mely lépés(ek)et gátolhatják.

Célok:

Szívizomdiszfunkciós és szívelégtelen állatmodellek segítségével karakterizálni a gyulladásos útvonalak változásait a szívben és más szövetekben.
Komplex in vitro gyógyszer-szűrési platform létrehozása az inflammaszóma inhibitorok tesztelésére,
Hatóságok által már engedélyezett gyógyszerek tesztelése a létrehozott in vitro platformon további in vivo vizsgálatok céljából.

Elsajátítható képességek, módszerek:

– in vitro protein és nukleinsav alapú módszerek: Western blot, ELISA, qRT-PCR,
– hisztológiai eljárások (rutin hisztológiai festések, immunhisztológia, immunfluoreszcencia),
– RNS in-situ hibridizáció (RNAscope), konfokális mikroszkópia, áramlási citometria,
– sejtkultúra kezelés,
– állatkísérletek és műtéti eljárások,

1.2. Immunszervek (csontvelő, lép, thymus) morfológiai és funkcionális változásai szívbetegségekben – mechanizmusok vizsgálata és terápiás lehetőségek

Projektfelelős: Dr. Onódi Zsófia

A gyulladásos és immunsejtek homeosztázisának fő helyszínei a vérképző- és immunszervek, mint például a csontvelő, a lép, a thymus és a nyirokcsomók. Számos tanulmány áll rendelkezésre a HF-betegek és állatok szívének vagy plazmájának fokozott gyulladásos aktivitásáról, azonban az extrakardiális szervek gyulladásos útvonalainak megváltozása és következményei kevésbé ismertek [4]. Évek óta ismert, hogy a szívbetegségek, mint például az előrehaladott HF, összefüggésben állnak a vérképzőszervi rendellenességekkel, beleértve az anémiát vagy a leukociták megváltozott számát, amelyek rosszabb prognózissal járnak együtt [5, 6]. Nemrégiben arról számoltak be, hogy a szívbetegségek jelentős változásokat indukálhatnak a csontvelőben, amelyek befolyásolhatják a vér- és immunsejtek termelését, ami fokozott gyulladáshoz vezethet [7]. Annak ellenére, hogy egyre több publikáció foglalkozik a szívelégtelenséghez társuló immun- és vérképzőszervi diszfunkcióval, nem áll rendelkezésre elegendő adat a pro-inflammatorikus környezet hatásairól szívbetegségekben. Ezért a jövőben szükség van a hematopoetikus szervek gyulladásos aktivitásának részletes jellemzésére.

Célok:

a gyulladásos folyamatok vizsgálata a szívben és az olyan immunszervekben, mint csontvelő, thymus és lép,
különböző etiológiájú (pl. transzverzális aorta-szűkület vagy gyógyszer okozta) HF egér- és patkánymodellekből származó immunszervekben a gyulladásos útvonalak aktivitásának változásainak felmérése.

Kísérletes megközelítés, elsajátítható módszerek:

Állatmodellek: A kísérlethez patkányokat vagy egereket használunk. Különböző módszerekkel szívizomkárosodást és így szívizomdiszfunkciót okozunk, pl. infarktust, aortaszűkítéssel nyomástúlterheléses szívelégtelenséget vagy kardiotoxikus gyógyszerekkel szívizomkárosodást hozunk létre. Az állatokat meghatározott ideig utánkövetjük, vérmintákat gyűjtünk tőlük és a szívfunkciót echokardiográfiával vizsgáljuk, végül szövetmintákat gyűjtünk tőlük.
Sejtkultúra modellek: A gyógyszerek potenciális inflammaszóma inhibitor hatásának vizsgálatára a következő kísérleteket végezzük in vitro. THP1 natív vagy ASC-GFP riporter sejtvonalakat használunk az inflammaszóma fehérjék expressziójának stimulálására (priming) és az inflammaszóma aktivációjának kiváltására. A kezelés után a sejteket és a felülúszókat leszedjük, homogenizáljuk vagy képalkotó eljárásokra előkészítjük.
Hisztológia, immunhisztokémia és -fluoreszcencia: Klasszikus szövettani festést alkalmazunk a szervi fibrózis és a zsírlerakódások jelenlétének értékelésére. A sejtfelszíni markerek és intracelluláris fehérjék expressziójának értékelését, valamint kolokalizációs vizsgálatokat végzünk szöveti metszeteken. Klasszikus mikrószkópos eljárásokkal vagy konfokális mikroszkópiával történik a képalkotás.
In vitro molekuláris és biokémiai mérések: A sejtek jelátviteli változásait, a fehérje- és citokinszinteket, az enzimaktivitásokat Western blot, qRT-PCR, ELISA, citokin array vagy enzimaktivitási próbák segítségével határozzuk meg.

Referenciák:

1. Onodi, Z., et al., AIM2-driven inflammasome activation in heart failure. Cardiovasc Res, 2021. 117(13): p. 2639-2651.
2. Kugler, S., et al., Inflammasome activation in end-stage heart failure-associated atrial fibrillation. ESC Heart Fail, 2022. 9(4): p. 2747-2752.
3. Onodi, Z., et al., Drug repurposing for cardiovascular diseases: New targets and indications for probenecid. Br J Pharmacol, 2023. 180(6): p. 685-700.
4. Li, H., C. Chen, and D.W. Wang, Inflammatory Cytokines, Immune Cells, and Organ Interactions in Heart Failure. Front Physiol, 2021. 12: p. 695047.
5. Anand, I.S. and P. Gupta, Anemia and Iron Deficiency in Heart Failure: Current Concepts and Emerging Therapies. Circulation, 2018. 138(1): p. 80-98.
6. Sukhbaatar, N. and T. Weichhart, Iron Regulation: Macrophages in Control. Pharmaceuticals (Basel), 2018. 11(4).
7. Rohde, D., et al., Bone marrow endothelial dysfunction promotes myeloid cell expansion in cardiovascular disease. Nat Cardiovasc Res, 2022. 1(1): p. 28-44.
Fig1 – Adamo, L., Rocha-Resende, C., Prabhu, S.D. et al. Reappraising the role of inflammation in heart failure. Nat Rev Cardiol 17, 269–285 (2020). https://doi.org/10.1038/s41569-019-0315-x
Fig2 – Solimando AG, Melaccio A, Vacca A, Ria R. The bone marrow niche landscape: a journey through aging, extrinsic and intrinsic stressors in the haemopoietic milieu. Journal of Cancer Metastasis and Treatment. 2022; 8: 9. http://dx.doi.org/10.20517/2394-4722.2021.166

1.3. Gyulladásos folyamatok vizsgálata metabolikus betegségekhez (elhízás, cukorbetegség, hiperkoleszterinémia, májcirrhózis) és öregedéshez társuló szívizom diszfunkció kialakulásában

Projektfelelős: Dr. Tóth Viktória, Dr. Varga Zoltán

A szívelégtelenség a vezető halálokok közé tartozik világszerte. Klinikailag két markánsan elkülönülő formában jelentkezhet a betegség: csökkent ejekciós frakcióval (HFrEF) vagy megtartott ejekciós frakcióval (HFpEF). A szívelégtelenségben szenvedő betegek közel felénél HFpEF jelentkezik, azaz az ejekciós frakció megtartott. Ezek a betegek általában idősek és gyakran több társbetegségben szenvednek (pl.: diabétesz, elhízás, hiperkoleszterinémia). Sok esetben a betegek nem reagálnak jól a HFrEF kezelése során használt gyógyszerekre (digitálisz, ACE gátló, β-blokkoló), emiatt igen jelentős az ezen a területen történő gyógyszerfejlesztés. A HFpEF-et jellemzi ezen felül a magas mortalitás (65% -os 5 éves mortalitás).

HFpEF kialakulásának molekuláris mechanizmusa kevéssé ismert, jobb megértése a betegség kimenetelének javítása érdekében viszont elengedhetetlen. Feltételezhető, hogy a kardiális diszfunkcióhoz hozzájárulhat egy szisztémás gyulladásos állapot, azonban ennek oki szerepe még nem bizonyított. Jelenlegi ismereteinket tovább korlátozza ezen komplex betegség állatkísérletes modellezésének nehézsége.

Célunk, olyan új állatmodellek kifejlesztése és vizsgálata, melyek a HFpEF transzlációs vizsgálatát lehetővé teszik.

Elsajátítható technikák:

munka kísérleti állatokkal,
hisztológiai technikák, immunohisztokémia,
RNS és fehérje munkák – Western blot, qRT-PCR

Referenciák:

Valenta I*, Varga ZV*, Valentine H, Cinar R, Horti A, Mathews WB, Dannals RF, Steele K, Kunos G, Wahl RL, Pomper MG, Wong DF, Pacher P, Schindler TH. Feasibility Evaluation of Myocardial Cannabinoid Type 1 Receptor Imaging in Obesity: A Translational Approach. JACC Cardiovasc Imaging. 2018 Feb;11(2 Pt 2):320-332. [IF: 10.189] *-megosztott elsőszerzőség
Varga ZV, Kupai K, Szűcs G, Gáspár R, Pálóczi J, Faragó N, Zvara A, Puskás LG, Rázga Z, Tiszlavicz L, Bencsik P, Görbe A, Csonka C, Ferdinandy P, Csont T.: MicroRNA-25-dependent up-regulation of NADPH oxidase 4 (NOX4) mediates hypercholesterolemia-induced oxidative/nitrative stress and subsequent dysfunction in the heart. J Mol Cell Cardiol. 2013. 62:111-21. [IF: 5.218]

1.4. Kardio-onkológia és Onko-kardiológia

Projektfelelős: Gergely Tamás, Nabil Sayour, Kovács Tamás, Dr. Varga Zoltán

A szív- és érrendszeri, valamint a daganatos megbetegedések gyakran kéz a kézben járnak, és egyazon betegben alakulnak ki. A két betegségcsoport a világon bekövetkező összes haláleset közel feléért felelős, így nem meglepő, hogy kitüntetett figyelem övezi a két súlyos kórállapot egyidejű előfordulását. A kardiovaszkuláris és onkológiai betegségek közös rizikófaktorokkal rendelkeznek, hasonló patomechanizmusokon keresztül alakulhatnak ki, de bizonyos esetekben közös genetikai háttérrel is rendelkezhetnek, nem beszélve az alkalmazott kezelések esetleges mellékhatásairól. Ezzel foglalkozik a kardio-onkológia tudományterülete.

Az elmúlt évtizedekben jelentős előrelépés történt a daganatellenes terápiákban. Az immunterápiák bevezetése számottevően javította az onkológiai betegek túlélését. Az immunellenőrzőpont-gátlók (ICI) az immunterápiáknak a leggyakrabban alkalmazott típusát képviselik. Ezek a monoklonális antitestek az immunsejtek aktiválódásának tumor általi gátlását fordítják vissza és így egy fokozott adaptív immunválasz segítségével elősegítik a rákos sejtek elpusztítását. Jelentőségüket mutatja, hogy a CTLA-4 és PD-1 receptorok felfedezéséért James P. Allison és Tasuko Honjo 2018-ban átvehették az orvosi Nobel-díjat.

Az immunrendszer aktiválása a fent említett módon nem specifikus, az ICI-terápia a nem daganatos szövetekben is az immunsejtek túlaktiválódását válthatja ki, ezáltal immunkapcsolt mellékhatásokhoz (irAE) vezethetnek. A legritkábban jelentkező, viszont egyben legsúlyosabb mellékhatás a szívizomgyulladás és a szívelégtelenség.

Fő célkitűzésünk a ritka mellékhatásként megjelenő szívizomkárosodás hátterében álló folyamatok megismerése. Ezáltal új diagnosztikus és terápiás célpontok azonosítása, melyek befolyásolásával csökkenteni lehet az immunellenőrzőpont-gátlók káros mellékhatásának előfordulását, súlyosságát. Különös hangsúlyt fektetünk a csecsemőmirigyben aktiválódó gyulladásos sejtek szerepének tanulmányozására, szerepükre a toxicitás kialakításában (1). Céljaink közt szerepel az immunellenőrzőpont-gátlók kardiotoxikus mellékhatásának kezelése mellett olyan kombinációs kezelési eljárás kidolgozása is, mely a tumorválaszt nem befolyásolja, sőt akár a tumorellenes hatást fokozni tudja.

Projektek:

Tumoros betegség és szívelégtelenség egymásra gyakorolt hatásának vizsgálata
Tumorellenes terápia indukálta szívelégtelenség vizsgálata és befolyásolási lehetőségei

A szívelégtelenség önmagában is nehezen befolyásolható, hosszan tartó betegség, amely különböző okok miatt alakulhat ki. Számtalan gyógyszert használnak a kezelésére, azonban a betegek életkilátásai rosszak, így további új és hatékony gyógyszerekre van szükség. Kutatócsoportunk állatkísérletek segítségével modellezi a szívelégtelenséget és új gyógyszercélpontokat keres.

Projektek:

Gyógyszer-indukálta szívizom diszfunkció modell és farmakológiai befolyásolási lehetőségeinek vizsgálata
Nyomástúlterheléses szívelégtelenség modellben a szívelégtelenség terápiás lehetőségeinek vizsgálata
Az korosodás hatásai a gyógyszer-indukálta szívelégtelenségre

Bizonyos szívbetegségek (pl. a fent említett szívelégtelenség is) már önmagában egy onkogén környezetet jelentenek, ami emeli a daganat megjelenésének rizikóját. Az ilyen fordított megközelítést, ahol a szívből származó faktoroknak a daganatra gyakorolt hatását vizsgáljuk, reverz onko-kardiológiának hívjuk. Kutatócsoportunk vizsgálatokat végez annak kiderítése érdekében, hogy a szívelégtelenség vagy a szívelégtelenség farmakoterápiája fokozza-e a daganatképződés rizikóját, illetve a kialakuló daganatok növekedése hogyan változik már fennálló szívelégtelenség esetén, és ezek hátterében milyen molekuláris folyamatok állhatnak. Ezen betegcsoportok számára új kezelési ajánlásokat kívánunk megfogalmazni.

Projektek:

A szívelégtelenség hatása a tumornövekedésre
A szívelégtelenség farmakoterápiájának hatása a tumornövekedésre

Elsajátítható módszerek, technikák:

in vitro sejttenyésztés és kísérleti rendszerek
spektrális áramlási citometria, immunfenotipizálás
munka kísérleti állatokkal
in vivo tumormodellek létrehozása, vizsgálata
tumornövekedés monitorozása képalkotó technikák segítségével (tumorszkenner, ultrahang, in vivo fluoreszcencia és biolumineszcencia alapú vizsgálatok)
hisztológiai technikák, immunhisztokémia, immunfluoreszcencia

A témában megjelent közleményeink:Gergely TG, Kucsera D, Tóth VE, et al. Characterization of immune checkpoint inhibitor-induced cardiotoxicity reveals interleukin-17A as a driver of cardiac dysfunction after anti-PD-1 treatment. Br J Pharmacol. 2023;180(6):740-761. doi:10.1111/bph.15984