„Pył płytkowy” czy przełomowy marker zakrzepowy? – historia pęcherzyków zewnątrzkomórkowych
Te intrygujące cząstki zostały zidentyfikowane w 1967 roku przez P. Wolfa, który wykazał, że osocze pozbawione płytek krwi zawiera czynnik promujący krzepnięcie, o podobnych właściwościach do aktywowanych płytek. To odkrycie zrewolucjonizowało ówczesne spojrzenie na patofizjologię układu krzepnięcia. Czynnik ten, pierwotnie określony jako „pył płytkowy” (ang. platelet dust), został na przestrzeni lat zastąpiony terminem płytkowych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (ang. extracellular vesicles, EVs).
Z czasem wykazano, że EVs są uwalniane nie tylko przez płytki krwi, ale przez wszystkie komórki eukariotyczne i prokariotyczne, stanowiąc konserwatywny ewolucyjnie system komunikacji międzykomórkowej. Odkrycie mechanizmów regulujących uwalnianie EVs zostało uhonorowanie Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii w 2013 roku. EVs uwalnione do krwi eksponują na swojej powierzchni markery charakterystyczne dla komórek, z których pochodzą, co pozwala na ich identyfikację przy pomocy cytometrii przepływowej lub metod immunoenzymatycznych. Badanie stężenia, składu biochemicznego i właściwości funkcjonalnych EVs stwarza zatem szerokie możliwości ich wykorzystania jako nowych markerów diagnostycznych w wielu dziedzinach medycyny.
EVs pochodzenia płytkowego biorą udział w kluczowych procesach leżących u podłoża miażdżycy, takich jak dysfunkcja śródbłonka, rozwój stanu zapalnego ścian tętnic, powstawanie i progresja blaszek miażdżycowych. Eksponują na swojej powierzchni m.in. P-selektynę, dzięki której tworzą kompleksy z leukocytami, co prowadzi do aktywacji leukocytów i uwolnienia z nich prozapalnych cytokin. Płytkowe EVs eksponują także fibrynogen i fosfatydyloserynę, dzięki którym aktywują inne płytki krwi oraz katalizują kaskadę krzepnięcia krwi, co nasila odpowiedź zakrzepową i zapalną. W przeciwieństwie do innych markerów aktywacji płytek krwi, płytkowe EVs mogą być analizowane w próbkach zgromadzonych w biobankach, co umożliwia ich ocenę w wieloośrodkowych badaniach klinicznych. Opublikowane w 2016 roku pierwsze wytyczne dotyczące analizy EVs w płynach ustrojowych, które miałam okazję współtworzyć, pozwalają na wiarygodną analizę EVs jako markerów aktywacji płytek krwi w badaniach klinicznych.
Prowadzone przeze mnie badania mają na celu opracowanie nowych markerów w diagnostyce trzech chorób sercowo-naczyniowych w oparciu o EVs: ostrego zawału mięśnia serca, dysfunkcji mikrokrążenia wieńcowego oraz zakrzepicy bioprotezy zastawki aortalnej po jej przezskórnej wymianie.
Mimo rozwoju technik leczenia inwazyjnego zawału serca, jego powikłania, w tym niewydolność serca, są nadal najczęstszą przyczynę zgonów. Niczym mitycznego Świętego Graala, trwają poszukiwania nowych biomarkerów, które pozwoliłaby zdiagnozować rozwijający się zawał serca na wczesnym etapie, zanim dojdzie do martwicy mięśnia serca. Złotym standardem w diagnostyce zawału serca są troponiny sercowe, które nie zawsze jednak pomagają odpowiedzieć na pytanie, czy ból w klatce piersiowej zgłaszany przez pacjenta wynika z zawału serca, czy też z innej przyczyny. U wielu pacjentów z tzw. niestabilną dławicą piersiową stężenie troponiny pozostaje ujemne, pomimo istotnego zwężenia tętnicy wieńcowej, wymagającego leczenia inwazyjnego (implantacji stentu w miejsce zwężenia). Z drugiej strony, u pacjentów bez choroby wieńcowej stężenie troponiny może być podwyższone ze względu na inne choroby kardiologiczne, takie jak przewlekła niewydolność serca czy zapalenie mięsnia serca. Stężenie to bywa podwyższone także w przebiegu wielu chorób niekardiologicznych, takich jak przewlekła choroba nerek czy tez kamica pęcherzyka żółciowego. Wielokrotnie na dyżurach zdarzają się debaty, czy pacjent ma wskazania do diagnostyki inwazyjnej tętnic wieńcowych (koronarografii) czy też do operacji w obrębie jamy brzusznej, a może do obu tych zabiegów – tylko w jakiej kolejności? W badaniu klinicznym pt. „Płytkowe pęcherzyki zewnątrzkomórkowe płytkowe jako biomarkery rozwijającej się zakrzepicy tętnic wieńcowych” porównujemy wartość diagnostyczną EVs z płytek krwi oraz troponiny w diagnostyce rozwijającego się zawału mięśnia serca. Odkrycie takiej „konkurencji dla troponiny” mogłoby całkowicie zmienić algorytm postępowania u pacjentów z bólem w klatce piersiowej.
Blisko 50% pacjentów poddawanych koronarografii nie ma jednak zmian w tętnicach, pomimo objawów klinicznych i dowodów na istnienie niedokrwienia mięśnia serca. Częstą przyczyną dolegliwości w tej grupie chorych jest dysfunkcję naczyń mikrokrążenia, niewidocznych w standardowym badaniu angiograficznym. Z powodu utrzymujących się objawów dławicy, chorzy z dysfunkcją mikrokrążenia są poddawani powtarzającym się testom diagnostycznym, które istotnie pogorszają ich jakość życia i obciążają finansowo system opieki zdrowotnej. Często zdarzają się pytania: „Pani doktor, skoro moje tętnice wieńcowe są „czyste”, to dlaczego cały czas tak źle się czuję?!”. Rokowanie u pacjentów z dysfunkcją mikrokrążenia wieńcowego wydaje się być lepsze niż u pacjentów z klasyczną chorobą wieńcową, jednak istotnie gorsze niż w populacji ogólnej. Obecnie jedyną metodą pozwalającą zidentyfikować dysfunckję naczyń mikrokrążenia i włączyć odpowiednie leczenie jest inwazyjna ocena mikrokrążenia, która stwarza ryzyko powikłań. W naszym badaniu pt. "Ocena stężenia mikropęcherzyków z komórek śródbłonka i komórek mięśni gładkich naczyń u pacjentów z dysfunkcją naczyń mikrokrążenia wieńcowego" próbujemy określic różnice w stężeniu EVs w zależności od typu uszkodzenia mikrokrążenia. Opracowanie takiej „sygnatury” choroby ma szansę zrewolucjonizować diagnostykę dysfunkcji mikrokrążenia wieńcowego, pozwalajac na eliminację z postępowania diagnostycznego testów prowokacyjnych i wdrożenie celowanego leczenia.
Kolejnym rosnącym wyzwaniem klinicznym jest diagnostyka i leczenie pacjentów ze stenozą zastawki aortalnej, która jest najchęstszą nabytą wadą serca, obecną u ok. 5% osób po 65 roku życia. Podstawową metodą leczenia stenozy aortalnej jest chirurgiczna wymiana zastawki aortalnej, jednak wielu starszych pacjentów nie kwalifikuje się do operacji ze względu na zbyt wysokie ryzyko jej powikłań. Alternatywą w grupie chorych wysokiego i pośredniego ryzyka jest przezcewnikowa implantacja bioprotezy zastawki aortalnej (ang. transcatheter aortic valve insertion, TAVI). W I Katedrze i Klinice Kardiologii WUM wykonywanych jest około 100 zabiegów TAVI rocznie. Jednym z powikłań po TAVI jest klinicznie objawowa zakrzepica bioprotezy zastawkowej – zagrażające życiu, chociaż rzadkie powikłanie (1-2% pacjentów). Jej łagodniejsza, subkliniczna postać, występuje jednak aż u 10% pacjentów w ciągu roku po zabiegu. Może ewoluować do objawowej zakrzepicy, prowadzić do przedwczesną degeneracji protezy i zwiększać ryzyko powikłań neurologicznych, takich jak udar mózgu. Metody diagnostyczne pozwalające przewidzieć rozwój subklinicznej zakrzepicy protezy zastawki aortalnej po TAVI nie są chwili obecnej dostępne. W badaniu pt. „Płytkowe pęcherzyki zewnątrzkomórkowe w predykcji zakrzepicy implantowanej przezcewnikowo zastawki aortalnej” oceniamy, że EVs uwalniane z aktywowanych płytek i innych komórek krwi mogłyby pełnić rolę biomarkera zakrzepicy bioprotezy zastawkowej po TAVI.
Podsumowując, w ostatnich dekadach EVs ewoluowały z „pyłu płytkowego” do przełomowych biomarkerów w chorobach układu sercowo-naczyniowego. Prowadzone przez nasz zespół wieloośrodkowe badania kliniczne wpisują się w nurt fascynacji naukowców i klinicystów tematem EVs i wkrótce przyniosą odpowiedzi na pytania, czy zastosowanie EVs w praktyce klinicznej zrewolucjonizuje diagnostykę zawału mięśnia serca, dysfunkcji mikrokrążenia wieńcowego czy też zakrzepicy protez zastawek serca.