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Cardiovascular MedicineCardiovascular Medicine
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  • Cardiovascular Medicine is published by MDPI from Volume 28 Issue 1 (2025). Previous articles were published by another publisher in Open Access under a CC-BY (or CC-BY-NC-ND) licence, and they are hosted by MDPI on mdpi.com as a courtesy and upon agreement with Editores Medicorum Helveticorum (EMH).
  • Proceeding Paper
  • Open Access

28 February 2000

Thérapie génique et transplantation cellulaire: nouvelles approaches thérapeutiques expérimentales de I’insuffisance cardiaque †

Division de cardiologie et Centre de thérapie génique, CHUV, Lausanne
†
Ce travail a ere soutenu par le Fonds National Suisse pour la Recbercbe Scientifique, par la Fondation Suisse de Cardiologie et par la Fondation Vaudoise de Cardiologie.
Cardiovasc. Med.2000, 3(1), 37-47;https://doi.org/10.3390/cardiovascmed3010006
Version Notes

Summary

Gene therapy and cell transplantation: new experimental approaches for the treatment of heart failure. Gene therapy and cell transplantation are among the most promising experimental approaches for the treatment of congestive heart failure. Expression of therapeutic genes may influence the pathogenesis of heart failure at various levels. Gene transfer of a number of proteins including angiogenic factors, myocytic calcium handling system components, structural proteins, ß-adrenoceptors and adrenergic signal transduction system components have been associated with functional improvement in experimental models. Ongoing clinical phase 1/11 gene therapy trials focus on the stimulation of cardiac angiogenesis in patients with coronary artery disease. Cell transplantation has been used in experimental models to repair infarcted hearts. Both foetal cardiomyocytes and skeletal myoblasts have been transplanted into cardiac granulation tissue, resulting in stable graft survival along with functional improvement. These findings are very encouraging in regard to future clinical applications of cell transplantation into the heart.

Zusammenfassung

Die Gentherapie und die Zelltransplantation zählen zu den neuen experimentellen Behandlungsarten der chronischen Herzinsuffizienz. Die Expression von therapeutischen Genen kann die Pathogenese der Herzinsuffizienz auf unterschiedlicher Ebene beeinflussen. Experimentelle Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Gentransfer verschiedener Faktoren, wie von Wachstumsfaktoren, Komponenten des myozytären Kalziumtransportsystems, strukturellen Eiweissen, β-adrenergen Rezeptoren und Komponenten des adrenergen Signaltransduktionssytems, die Myozytenfunktion verbessern kann. Laufende gentherapeutische Studien der Phase I/II evaluieren die Stimulation der kardialen Angiogenese in Patienten mit koronarer Herzkrankheit.
Die Zelltransplantation ist eine weitere experimentelle Behandlungsart der schweren Herzinsuffizienz nach einem Herzinfarkt. Auf diese Weise hofft man, die abgestorbenen Herzmuskelzellen durch andere Muskelzellen zu ersetzen. Sowohl fetale Herzmuskelzellen als auch Skelettmyoblasten sind im Tiermodell zur Transplantation ins kardiale Granulationsgewebe verwendet worden, wobei ein längerfristiges Überleben der transplantierten Zellen sowie eine Besserung der Herzfunktion gezeigt werden konnte. Diese Ergebnisse sind vielversprechend im Hinblick auf zukünftige klinische Anwendungen der kardialen Zelltransplantation.
Keywords: Gentherapie; chronische Herzinsuffizienz; Kardiomyozyten-Transplantation

Résumé

La thérapie génique et la transplantation cellulaire représentent de nouvelles approches thérapeutiques expérimentales de l’insuffisance cardiaque. L’expression de gènes thérapeutiques peut agir à différents niveaux de la pathogenèse de l’insuffisance cardiaque. Des études expérimentales ont montré que le transfert génique de protéines telles que facteurs de croissance, composants du système de transport calcique myocytaire, protéines structurelles, récepteur adrénergique β ou composants du système de transduction du signal adrénergique, peut améliorer la fonction cardiomyocytaire. Des études cliniques de thérapie génique de phase I/II visant la stimulation de l’angiogenèse cardiaque chez des patients souffrant d’une maladie coronarienne ont débuté.
La transplantation cellulaire est une approche thérapeutique expérimentale de l’insuffisance cardiaque sévère après un infarctus du myocarde. La survie prolongée de cardiomyocytes foetaux et de myoblastes squelettiques transplantés dans le tissu de granulation cardiaque a été accompagnée d’une amélioration fonctionnelle dans des modèles animaux. Ces résultats sont très encourageants en vue d’applications cliniques futures de la transplantation cellulaire dans le cceur.
Keywords: thérapie génique; insuffisance cardiaque chronique; transplantation de cardiomyocytes

Introduction

Le syndrome clinique de l’insuffisance cardiaque caractérise le stade avancé de nombreuses maladies du cœur. L’augmentation de la morbidité et de la mortalité associées à ce syndrome stimule la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques [1]. Parmi cellesci, la thérapie génique et la transplantation cellulaire ont suscité le plus grand intérêt. Les résultats précliniques obtenus dans ces domaines sont très encourageants [2] et les premières études cliniques de thérapie génique cardiaque ont débuté [3,4,5,6].
Cet exposé décrit des approches thérapeutiques de l’insuffisance cardiaque utilisant des techniques de transfert génique et de transplantation cellulaire. Une brève introduction à la thérapie génique ainsi qu’un rappel de la physiopathologie de l’insuffisance cardiaque précèdent l’élaboration de ces thèmes afin de les situer dans un cadre conceptuel adéquat.

Le concept de thérapie génique

La thérapie génique somatique peut être définie comme l’introduction de gènes dans des cellules somatiques en vue de la guérison d’une maladie ou de l’amélioration de ses manifestations cliniques. Le sens d’une telle approche est évident dans le cas de maladies génétiques récessives ou de maladies transmises par le chromosome X chez le sujet mâle. Dans ce cas, la perte de fonction du gène est la conséquence de mutations touchant ses deux allèles (déficience génique homozygote) ou un gène sur le chromosome X chez le sujet mâle. L’introduction d’une copie normale du gène dans les cellules cible peut rétablir la production de la protéine fonctionnelle et corriger le phénotype de la maladie. Par exemple, l’hypercholestérolémie familiale homozygote est due à la déficience du récepteur aux lipoprotéines à faible poids moléculaire (LDL), qui se manifeste par une incidence très élevée d’infarctus du myocarde dès le jeune âge. Le transfert génique du récepteur aux LDL dans le foie de ces patients a été associé à une réduction transitoire des taux de cholestérol plasmatique [7].
La thérapie génique ne s’est initialement occupée que de maladies dues à des déficiences monogéniques et transmises par voie récessive. Par contre, elle s’est peu intéressée aux maladies dues à des mutations dominantes (par exemple de nombreuses formes de la cardiomyopathie hypertrophique ou dilatée). Dans ce cas, l’introduction d’une copie normale du gène dans les cellules cible serait inutile, puisqu’elles en possèdent déjà une (les patients étant hétérozygotes). L’excision de la séquence d’ADN muté du génome cellulaire ou la suppression de sa transcription seraient nécessaires, mais ces technologies ne sont pas encore très performantes.
La thérapie génique s’occupe de plus en plus de maladies avec un substrat moléculaire polygénique (par exemple l’artériosclérose et I’hypertension artérielle primaire), dans le sens que le développement de ces maladies est modulé par plusieurs gènes. Les molécules potentiellement protectrices représentent des candidats pour le transfert génique.Ces gènes sont souvent exprimés de façon endogène, mais à des niveaux diminués dans le cadre de la maladie. Par exemple, la dysfonction endothéliale est caractérisée par une diminution de la synthèse de monoxyde d’azote (NO) par une synthase endothéliale (eNOS). En raison de ses propriétés antiaggrégantes, vasodilatatrices et antiprolifératives, le NO est crucial pour la préservation de l’intégrité endothéliale. Toute diminution de la synthèse endothéliale de NO expose l’artère au risque de développer des lésions athérosclérotiques. Le transfert génique de l’eNOS peut normaliser la synthèse endothéliale de NO et, par conséquent, corriger la fonction endothéliale. En effet, le transfert génique de l’eNOS a amélioré la vasodilatation d’artères athérosclérotiques de lapin [8] et il a inhibé l’hyperplasie intimale de coronaires de cochon dilatées au ballonnet [9]. Cependant, des gènes qui ne sont pas exprimés de façon endogène peuvent également faire l’objet du transfert génique. Par exemple, le transfert génique de l’hirudine, l’anticoagulant de la sangsue, a inhibé l’hyperplasie intimale de carotides de rat dilatées au ballonnet [10].
La biocinétique du transfert génique peut être décrite en empruntant des concepts de la pharmacocinétique traditionnelle. Le vecteur de transfert génique correspond à la préparation galénique (dans le sens d’un système «slow release»), alors que le gène correspond à l’agent pharmacologique et le produit génique au principe actif. La voie d’application et le dosage du vecteur, son affinité pour les cellules cible, le niveau et la durée de l’expression génique, la sécrétion du produit génique, sa distribution tissulaire et sa stabilité (demivie), influencent l’effet biologique du transfert génique. L’avantage principal de la thérapie génique par rapport à la pharmacothérapie réside dans la durée prolongée de l’effet biologique après uneseule application du gène. Le produit thérapeutique est synthétisé dans le tissu cible durant plusieurs semaines ou mois après le transfert génique (nous avons démontré l’expression du transgène une année après le transfert génique dans le myocarde de souris à l’aide d’un vecteur adénoassocié [11]). La stabilité de l’expression génique permet d’obtenir un effet biologique chronique en utilisant des voies d’application généralement réservées à une application unique (par exemple l’injection dans le myocarde). Cela permet de maximaliser l’effet thérapeutique local en minimalisant les complications systémiques. Par exemple, aucune anomalie de la coagulation n’a accompagné l’effet thérapeutique du transfert génique de l’hirudine dans des artères de rats dilatées au ballonnet [10], alors que des hémorragies systémiques ont limité l’utilisation clinique d’hirudine protéinique purifiée.
Le succès de toute stratégie de thérapie génique présuppose les trois facteurs suivants: (1) un système de transfert génique performant, (2) une modalité d’application acceptable du point de vue clinique, (3) l’identification d’un gène thérapeutique approprié. La performance du transfert génique dépend du vecteur utilisé. L’injection d’ADN plasmidique nu est généralement peu performante, bien qu’un effet thérapeutique ait été décrit dans certaines circonstances, notamment quand le produit génique est un facteur de croissance sécrété. Par exemple, une amélioration de la perfusion du myocarde ischémique a été décrite à la suite d’une injection intramyocardique d’ADN codant pour le facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) chez des patients coronariens [6]. Des vecteurs dérivés de l’adénovirus et du virus adénoassocié (AAV) ont été utilisés dans la majorité des études de thérapie génique cardiovasculaire en raison de leur performance élevée.Ces vecteurs viraux sont déficients pour la réplication suite à l’élimination de certains gènes essentiels. Ils infectent la cellule cible entransportant le gène thérapeutique dans le noyau, sans pour autant produire de nouvelles particules virales (fig. 1).
Figure 1. Représentation schématique du transfert génique par vecteur viral dans une cellule cible contenant une mutation génique homozygote (les petits carrés blancs au niveau du pair de chromosomes représentent les deux allèles mutés). Le vecteur viral contenant I’ADN codant pour une copie normale du gene ou tout autre gène thérapeutique (représenté par un petit carré noir),se fixe au récepteur de la membrane cellulaire (1), pénètre à travers la membrane dans le cytoplasme de la cellule (2), où il échappe à la dégradation dans le réticulum endoplasmique, et il atteint le noyau cellulaire (3), où le gène code pour la protéine thérapeutique (4, 5).
Les principales voies d’application pour le transfert génique dans le myocarde sont les suivantes: (1) l’injection intracoronarienne percutanée,(2) l’injection directe dans le myocarde, (3) le transfert génique ex vivo. L’injection intracoronarienne est limitée par la brièveté du contact entre le tissu cible et le vecteur de transfert génique, rapidement éliminé de la circulation coronarienne. Le transfert génique est typiquement observé dans 1-10% des cardiomyocytes après l’injection intracoronarienne d’un vecteur adénoviral. Une telle proportion de cellules exprimant le gène étranger peut suffire pour produire un effet thérapeutique, notamment si le produit génique agit par un mécanisme paracrin (c’est justement le cas des facteurs de croissance sécrétés). Par contre, si le gène thérapeutique code pour une protéine structurelle, son introduction dans une proportion élevée des myocytes cardiaques est souhaitable, mais ceci n’est pas possible avec la technologie actuelle. L’injection directe du gène d’intérêt dans le myocarde peut être réalisée dans le cadre d’opérations chirurgicales, par exemple en combinant le transfert génique d’un facteur de croissance endothéliale avecdes pontages aortocoronariens. L’injection d’ADN codant pour le VEGF directement dans le coeur à travers une incision thoracique minimale chez des patients coronariens a été décrite récemment [6]. Les inconvénients majeurs de l’injection intramyocardique sont l’inhomogénéité du transfert génique et le risque de lésions iatrogènes.
Le transfert génique ex vivo comprend l’explant de tissu du patient, la modification génétique in vitro du tissu explanté et sa réimplantation dans le patient. Par exemple, des oligodéoxynucléotides «antisense» bloquant spécifiquement deux protéines réglant le cycle cellulaire, l’antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA) et la kinase 2 du cycle de division cellulaire (CDC2 kinase), ont été appliqués à des segments de veine jugulaire de lapin in vitro. Ces segments veineux ont ensuite été implantés dans des artères carotidiennes de lapin. Ce traitement a inhibé l’hyperplasie intimale et stimulé l’hypertrophie médiale de ces segments après l’exposition au flux artériel in vivo [12]. Les segments veineux génétiquement modifiés et implantés en position interartérielle ont donc présenté une meilleure adaptation au flux artériel comparés aux segments non modifiés.

Physiopathologie de l’insuffisance cardiaque

L’insuffisance cardiaque caractérise le stade avancé de la maladie coronarienne, de la maladie hypertensive, de la maladie valvulaire et de la cardiomyopathie. La physiopathologie de l’insuffisance cardiaque inclut la dysfonction myocytaire ainsi que les anomalies de la matrice extracelulaire [13]. La dysfonction du myocytaire comprend la perturbation du transport calcique, la dysfonction du myofilament et les anomalies du cytosquelette (fig. 2). L’insuffisance cardiaque à la suite d’un infarctus est évidemment la conséquence de la perte de tissu myocardique. Le remodelage ventriculaire, la dysfonction du myocarde viable mais ischémique(myocarde hiberné), l’asynchronisme de la contraction ventriculaire et l’augmentation des pressions de remplissage du ventricule gauche favorisent l’insuffisance cardiaque. La dysfonction myocytaire et l’accumulation de matrice extracellulaire compromettent la relaxation ventriculaire (dysfonction diastolique),un mécanisme majeur de la dyspnée présentée par les patients souffrant d’une insuffisance cardiaque.
Figure 2. Schéma physiopathologique (très simplifié)de l’insuffisance cardiaque. Les anomalies fonctionnelles et structurelles caractérisant ce syndrome peuvent être subdivisées en deux catégories principales: la dysfonction myocytaire et les anomalies de la matrice extracellulaire. Des études expérimentales de thérapie génique ont évalué des interventions à différents niveaux de ce processus physiopathologique.
Les anomalies du transport calcique comprennent la diminution de l’activité de I’ATPase calcique du réticule sarcoplasmique (SRCa2+-ATPase) et l’augmentation de l’échangeur sarcolemmal Na+/Ca2+. La SRCa2+-ATPase règle la séquestration calcique dans le réticule sarcoplasmique, qui précède la relaxation myocytaire, tandis que l’échangeur sarcolemmal Na+/Ca2+ élimine l’excès de calcium cytosolique. D’un point de vue fonctionnel, l’augmentation de l’échangeur Na+/Ca2+ compense la diminution de la séquestration calcique dans le réticule sarcoplasmique due à la diminution de la SRCa2+-ATPase. Ce mécanisme permet d’améliorer la relaxation, mais au prix d’une diminution de la contractilité. Les effets hémodynamiques de la dysfonction ventriculaire stimulent le système nerveux sympathique et le système rénine-angiotensine-aldostérone, entraînant une désensibilisation chronique des récepteurs adrénergiques β. Cela signifie une diminution du signal engendré par l’activation du récepteur adrénergique β par les catécholamines. Les composants intracellulaires du système de transduction de ce signal (protéines G, cyclase adénylique, AMP cyclique, etc.) sont aussi diminués.

Thérapie génique de la maladie coronarienne

La maladie coronarienne est la cause la plus fréquente d’insuffisance cardiaque. Le transfert génique de facteursagissant sur le métabolisme lipidique représente une option très attractive pour la prévention de cette maladie. Comme mentionné plus haut, le transfert génique du récepteur aux LDL dans le foie de patients avec une hyperlipidémiefamiliale sévère a été associé à une diminution transitoire des taux de cholestérol plasmatique [7]. Le transfert génique de l’apolipoprotéine A-I (apoA-I) a produit un effet anti-athérogénique dans des souris normales [14]. Ce résultat suggère que la thérapie génique pourrait être utilisée pour corriger les formes communes d’hyper lipidémie, dont souffre une proportion considérable de la population.
Le transfert génique de facteurs de croissance endothéliale domine la scène de la thérapie génique de la maladie coronarienne. L’expression transgénique de facteurs angiogéniques a été associée à la formation de nouveaux vaisseaux dans le myocarde ischémique, protégeant le myocarde à risque lors d’une occlusion coronarienne dans des modèles expérimentaux. L’injection intra-coronarienne de vecteurs adénoviraux exprimant le VEGF ou le facteur de croissance fibroblastique-4 (FGF-4) a produit une amélioration du flux coronarien regional et de la fonction ventriculaire dans des modèles d’ischémie myocardique chronique [15,16]. Huit études cliniques de phase I/II ont débuté (tab. 1) [3,4,5,6], qui évaluent l’injection intra-myocardique d’un vecteur adénoviral exprimant le VEGF [3,4,6] ou le FGF [5] chez des patients souffrant d’une maladie coronarienne sévère avec angine de poitrine stable à travers d’une incision thoracique minimale [3,4,6] où lors d’opérations de pontage aortocoronarien [4]. Des résultats préliminaires montrent une diminution des épisodes d’angine de poitrine et une amélioration du flux coronaire régional, détectée par tomographie à émission de protons (SPETC-sestamibi) après stimulation à la dobutamine, après le transfert génique du VEGF [4,6]. Ces résultats préliminaires sont encourageants mais ils doivent être confirmés par des étudescontrôlées réalisées dans des collectifs plus importants. Une évaluation de l’efficacité clinique du transfert génique de facteurs angiogéniques ne sera possible que dans 3–5 ans sur la base des résultats des études en cours et des études de phase III (qui n’ont pas encore débuté). Il est intéressant de noter que, dans une étude pharmacologique de phase II, l’injection intra-coronarienne de VEGF protéinique purifié n’a produit aucun bénéfice quant à la capacité d’effort de patients coronariens déterminée à 30 jours [17]. Ce résultat négatif a été imputé à un dosage insuffisant ou à un schéma d’applcation inadéquat du VEGF. Il a été suggéré que le transfert génique du VEGF pourrait être plus efficace car il permet d’obtenir des concentrations myocardiques de facteur de croissance nettement supérieures à celles obtenues par l’injection intracoronarienne de la protéine purifiée.
Table 1. Etudes cliniques évaluant le transfert génique de facteurs angiogéniques pourle traitement de la maladie coronarienne.

Thérapie génique de l’insuffisance cardiaque

Les aspects physiopathologiques considérés plus haut (fig. 2) suggèrent des cibles potenielles de la thérapie génique de l’insuffisance cardiaque, à savoir l’amélioration du transport calcique myocytaire, la correction de la désensibilisation des récepteurs adrénergiques β et la stimulation du système de transduction de ce signal. Le transfert génique de la SRCa2+-ATPase a été étudié dans des cardiomyocytes de rat isolés [18]. L’exposition des cardiomyocytes à un inhibiteur de la SRCa2+-ATPase a engendré un ralentissement de la chute de la concentration calcique cytolosique reflétant une mauvaise séquestration du calcium dans le réticule sarcoplasmique. Le transfert génique de la SRCa2+-ATPase a corrigé la chute de la concentration calcique cytolosique indiquant une meilleure séquestration du calcium dans le réticule sarcoplasmique. Une autre étude a montré que le transfert génique du phospholamban, le modulateur physiologique de la SRCa2+-ATPase, engendre une dysfonction ventriculaire dans le coeur de rat in vivo [19]. Cette observation démontre le principe de la thérapie génique de l’insuffisance cardiaque, à savoir que la fonction ventriculaire peut être modulée par transfert génique in vivo.
La correction de la désensibilisation du récepteur adrénergique βainsi que l’amélioration de la transduction du signal engendré par ce récepteur visent le rétablissement de la réponse inotrope et chronotrope positive du cardiomyocyte à la stimulation par les catécholamines. Le transfert génique du récepteur adrénergique β ainsi que celui d’un inhibiteur de la kinase modulant ce récepteur ont produit une augmentation de l’accumulation intracellulaire d’AMP cyclique après stimulation à I’isoprotérénol dans des cardiomyocytes isolés de ventricules de lapin [20]. Cette observation indique que le transfert génique du récepteur adrénergique β ou d’un inhibiteur de sa kinase peut rétablir la sensibilité des cardiomyocytes aux catécholamines.Le transfert génique de la cyclase adénylique, qui stimule la synthèse d’AMP cyclique (impliqué dans a transduction du signal adrénergique β) a amélioré la performance ventriculaire de coeurs insuffisants de lapin in vivo. Des études de phase I/II comprenant le transfert génique de la cyclase adénylique chez des patients souffrant d’une insuffisance cardiaque ont été annoncées [21].
Quand l’insuffisance cardiaque est la conséquence d’un infarctus du myocarde, il est idéalement souhaitable de remplacer les cardiomyocytes perdus. La capacité de régnération des cardiomyocytes adultes étant négligeable, trois options théoriques existent pour former du tissu musculaire au sein de la cicatrice de l’infarctus: (1) l’activation du cycle cellulaire des cardiomyocytes adultes, (2) la différenciation myogénique des cellules du tissu de granulation cardiaque, (3) la transplantation de cellules musculaires dans ce tissu. Alors que les possibilités de stimuler la régénération de cardiomyocytes adultes in vivo sont encore très limitées, les résultats expérimentaux obtenus avec les deux autres approches sont encourageants. La différenciation myogénique de cellules mésenchymateuses est contrôlée par la famille des gènes de détermination myogénique, dont le MyoD est le prototype. Le transfert génique du MyoD peut conférer un phenotype myogénique à un certain nombre de cellules mésenchymateuses. Le transfert génique du MyoD a induit la conversion myogénique de fibroblastes cardiaques in virto ainsi que de nombreuses cellules du tissu de granulation cardiaque dans un modèle de cryoinfarctus chez le rat in vivo [22]. Il est donc possible, enprincipe, de «transformer des fibroblastes cardiaques en myocytes» et, par conséquent, de «transformer la cicatrice cardiaque en tissue musculaire». Cependant, l’effet fonctionnel du transfert génique dy MyoD dans ce modéle d’infarctus n’a pas été évalué.

Transplantation de cellules musculaires dans le coeur

Des cardiomyocytes foetaux aussi bien que des myoblastes squelettiques ont été transplantés dans le myocarde sain ou le tissu de granulation cardiaque dans des modèles animaux. Cesdeux types cellulaires ont des avantages et des inconvénients distincts. L’utilisation de cardiomyocytes est théoriquement souhaitable parce qu’elle conserve les caractéristiques du tissu d’origine. Alors que les cardiomyocytes sont des fibres à contraction lente («slow twitch fibers»), appropriées à un travail chronique «de fatigue», les myocytes squelettiques sont des fibres à contraction rapide («fast twitcb fibers»), inadéquates pour un travail de ce type. Cependant, les myoblastes squelettiques greffés dans le cceur peuvent être conditionnés, dans unecertaine mesure, par le milieu cardiaque et acquérir un type de contraction plus lent. Uneautre caractéristique importante des cardiomyocytes réside dans la synthèse de proteins du type «gap junctions» et d’autres proteins impliquées dans la formation des disques intercalés. Ces structures sont importantes pour le couplage électrique et mécanique des cellules greffées avec le myocarde voisinant. Les cellules transplantées ne doivent pas constituer unsubstrat arythmogène et leur contraction doit s’intégrer à la contraction du myocarde recevant la greffe. Malheureusement, il existe unobstacle majeur à l’utilisation clinique de cardiomyocytes adultes pour la transplantation intracardiaque, à savoir le fait que ces cellules ne prolifèrent pas de manière significative, cequi implique l’impossibilité d’engendrer un nombre suffisant de cardiomyocytes autologues in vitro. Par contre, les myocytes squelettiques possèdent des cellules myogéniques non différenciées, appelées «cellules satellites», qui prolifèrent en réponse à toute lésion musculaire in vivo ainsi qu’en culture tissulaire in vitro. Ces cellules fusionnent les unes auxautres aussi bien qu’aux myocytes encore présents, en formant un véritable tissu musculaire. La transplantation de cardiomyocytes fcetaux a été étudiée dans des cæeurs normaux de souris et de chien [23]. Les cardiomyocytes greffés ont survecu 10 semaines après la transplantation. L’analyse ultrastructurelle a révélé la présence de disques intercalés avec des «gap junctions» aux interfaces des cardiomyocytes grefféset le myocarde du receveur. Dans une autreétude, des cardiomyocytes foetaux ont été transplantés dans le tissu cicatriciel cardiaquede rat 4 semaines après un cryoinfarctus [24]. 4 semaines après la transplantation, lescoeurs contenant une greffe cellulaire ont présenté une diminution des dimensions de la cicatrice cardiaque par rapport au groupe decontrôle. Le tissu musculaire formé par les cardiomyocytes greffés occupait jusqu’à 37% de la cicatrice cardiaque. La fonction cardiaque évaluée ex vivo était meilleure dans les coeurs contenant une greffe cardiomyocytaire que dans le groupe de contrôle.
Des myoblastes squelettiques de rat nouveauné ont été transplantés dans le tissu de granulation cardiaque en utilisant le même modèle de cryoinfarctus in vivo. Les myoblastes greffés ont proliféré et formé des myotubes polynucléés. Des bandes de cicatrice cardiaque ontété excisées et stimulées électriquement ex vivo. La stimulation des bandes contenant une greffe de myoblastes a engendré des contractions qualitativement similaires aux contractions cardiaques [25]. Une autre étude a montré une amélioration de la fonction cardiaque après la transplantation de myoblastes squelettiques autologues dans des lésions de cryoinfarctus transmural chez le lapin in vivo [26]. 6 semaines après la transplantation, des greffes myoblastiques ont été observées macroscopiquement dans 7 des 12 coeurs explantés. La greffe myoblastique la plus volumineuse occupait 75% de la région de l’infarctus. La fonction cardiaque a été analysée in vivo 2 à 6 semaines après l’infarctus à l’aide de transducteurs ultrasoniques implantés dans la paroi ventriculaire. La fonction systolique et diastolique était mieux préservée dans les regions d’infarctus transmural contenant une greffe myoblastique que dans celles qui n’en contenaient pas (fig. 3).
Figure 3. Effet de la transplantation de myoblastes squelettiques dans des lésions d’infarctus transmural sur la contractilité ventriculaire régionale chez le lapin. La fonction systolique régionale est représentée par la pente de la courbe exprimant la relation linéaire de l’élongation myocytaire, mesurée par des détecteurs ultrasoniques implantés dans la paroi ventriculaire, et la force développée (valeurs moyennes et déviations standard). 6 semaines après un infarctus transmural, la fonction systolique régionale est mieux preservée dans les lésions contenant une greffe de myoblastes (colonne grise, au centre) que dans celles qui n’en contiennent pas (en blanc, à gauche), bien qu’elle soit nettement inférieure à celle des cceurs sains (colonne noire, à droite; modifiée de:Taylor DA et al. Nat Med 1998;4:929–33) [26].

Perspectives d’application Clinique

Les applications cliniques de la thérapie génique cardiaque comprennent huit études de phase I/II évaluant le transfert génique de facteurs angiogéniques chez des patients coronariens [3,4,5,6]. En outre, desétudes de phase I/II évaluant le transfert génique de la cyclase adénylique chez des patients avec une insuffisance cardiaque ont été annoncées [21]. Si confirmé dans des études de phase III, le succès éventuel de ces stratégies impliquerait l’introduction de la thérapie génique dans l’arsenal thérapeutique des maladies cardiaques. Malgré ces perspectives passionnantes, qui doivent cependant encore s’avérer, il ne faut pas oublier que la thérapie génique est une discipline encore très jeune. De nombreux aspects concernant le transfert génique et ses applications potentielles n’ont pas été entièrement élucidés. La sûreté des vecteurs et des protocoles de transfert génique doit encore être établie de manière définitive. Par exemple, les vecteurs adénoviraux couramment utilisé en thérapie génique cardiovasculaire sont immunogènes et engendrent une inflammation tissulaire favorisant la progression des lésions artérielles [27]. Le développement récent de vecteurs viraux faiblement immunogènes et capables d’exprimer un gène d’intérêt durant de longues périodes représente un progrès fondamental pour la thérapie génique de l’insuffisance cardiaque. Cependant, le produit génique peut aussi engendrer des complications de facon dosedépendante. Par exemple, le transfert génique artériel du VEGF chez des patients avec une artériopathie périphérique stimule l’apparition d’angiomes et d’ædèmes [28], alors que le risque théorique de «réveiller des tumeurs dormantes» par un effet angiogénique systémique ne peut pas être écarté complètement. Un autre aspect important, qui n’a pas encore était résolu de manière satisfaisante, est la regulation de l’expression génique, afin de moduler constamment le dosage du produit génique après l’injection du gène.
La transplantation cellulaire peut remplacer, dans une certaine mesure, les cellules musculaires perdues lors d’un infarctus du myocarde.nLe potentiel de cette technique est énorme mais elle n’a pas encore atteint la phase de l’expérimentation clinique. Les stratégies futures utiliseront de plus en plus des combinaisons nsynergiques d’approches thérapeutiques. Par exemple, les myoblastes squelettiques peuvent être modifiés génétiquement in vitro avant la transplantation de facon à ce qu’ils experiment des facteurs de croissance ou des protéines cardiomyocytaires. Le transfert combiné de genes potentiellement synergiques pourrait éventuellement permettre de mieux reproduire la complexité des processus moléculaires physiologiques et, par conséquent, de maximaliser l’effet thérapeutique.

References

  1. CONSENSUS. Effects of enalapril on mortality in congestive heart failure. N Engl J Med 1987, 316, 1429–35. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  2. Leor, J.; Prentice, H.; Sartorelli, V.; Quinones, M.J.; Patterson, M.; Kedes, L.K.; et al. Gene transfer and cell transplant: an exper-imental approach to repair a “broken heart”. Cardiovasc Res 1997, 35, 431–44. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  3. Rosengart, T.K.; Lee, L.Y.; Patel, S.R.; Sanborn, T.A.; Parikh, M.; Bergman, G.W.; et al. Angiogenesis gene therapy: phase I as-sessment of direct intramyocardial administration of an ade-novirus vector expressing VEGF 121 cDNA to individuals with clinically significant severe coronary artery disease. Circulation 1999, 100, 468–74. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  4. Rosengart, T.K.; Lee, L.Y.; Patel, S.R.; Kligfield, P.D.; Okin, P.M.; Hackett, N.R.; et al. Six-month assessment of a phase I trialof angiogenic gene therapy for the treatment of coronary artery disease using direct intramyocardial administration of an adenovirus vector expressing the VEGF 121 cDNA. Ann Surg 1999, 230, 466–70. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  5. BioWorld Today, 1998; 9, p. 1.
  6. Losordo, D.W.; Vale, P.R.; Symes, J.E.; Dunnington, C.H.; Esakof, D.D.; Maysky, M.; et al. Gene therapy for myocardial angio-genesis.Initial results with direct myocardial injection of phVEGF16s as sole therapy for myocardial ischemia. Circulation 1998, 98, 2800–4. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  7. Grossman, M.; Rader, D.J.; Muller, D.W.; Kolansky, D.M.; Kozarky, K.; Clark, B.J., 3rd; et al. A pilot study of ex vivo gene therapy for homozygous familial hypercholesterolemia. Nat Med 1995, 1, 1148–54. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  8. Channon, K.M.; Qian, H.S.; Neplioueva, V.; Blazing, M.A.; Olmez, E.; Shetty, G.A.; et al. In vivo gene transfer of nitric oxide syn-thase enhance vasomotor function in carotid arteries from normal and cholesterolfed rabbits. Circulation 1998, 98, 1905–11. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  9. Varenne, O.; Pislaru, S.; Gillijns, H.; Van Pelt, N.; Gerard, R.D.; Zoldhelyi, P.; et al. Local adenovirus-mediated transfer of human endothelial nitric oxide synthase reduces luminal narrowing after coronary angioplasty in pigs. Circulation 1998, 98, 919–26. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  10. Rade, J.J.; Schulick, A.H.; Virmani, R.; Dichek, D.A. Local adeno-viral-mediated expression of recombinant hirudin reduces neointima formation after arterial injury. Nat Med 1996, 293–8. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  11. Vassalli, G.; Büeler, H.E.; Sadeghi, C.; Kappenberger, L.; Aebi-scher, P. In vivo gene transfer into mouse myocardium and ar-teries:a comparison of recombinant adenovirus and adeno-associated virus vectors [abstract]. Eur Heart J 1999, 20 (Suppl), 1367. [Google Scholar]
  12. Mann, M.J.; Gibbons, G.H.; Kernoff, R.S.; Diet, F.P.; TsaoPS; Cooke, J.P.; et al. Genetic engineering of vein grafts resistant to ath-erosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A 1995, 92, 4502–6. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  13. de Tombe, P.P. Altered contractile function in heart failure. Cardiovasc Res 1997, 35, 367–80. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  14. Benoit, P.; Emmanuel, F.; Caillaud, J.M.; Bassinet, L.; Castro, G.; Gallix, P.; et al. Somatic gene transfer of human apoA-I in-hibits atherosclerosis progression in mouse models. Circulation 1999, 99, 105–10. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  15. Mack, C.A.; Patel, S.R.; Schwarz, E.A.; Zanzonico, P.; Hahn, R.T.; Ilercil, A.; et al. Biologic bypass with the use of adenovirus-mediated gene transfer of the complementary deoxyribonu-cleic acid for vascular endothelial growth factor 121im-proves myocardial perfusion and function in the ischemic porcine heart. J Thorac Cardiovasc Surg 1998, 115, 168–76. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  16. Giordano, F.J.; Ping, P.; McKirnan, D.; Nozaki, S.; DeMaria, A.; Dillmann, W.H.; et al. Intracoronary gene transfer of fibroblast growth factor-5 increases blood flow and contractile function in an ischemic region of the heart. Nat Med 1996, 2, 534–9. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  17. Henry, T.D.; Annex, B.H.; Azrin, M.A.; McKedall, G.R.; Willer-son, J.; Hendel, R.C.; et al. Double-blind, placebo-contolled trial of recombinant human vascular endothelial growth fac-tor-the VIVA trial [abstract]. J Am Coll Cardiol 1999, 33, 383A. [Google Scholar]
  18. Meyer, M.; Dillmann, W.H. Sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase overexpression by adenovirus mediated gene transfer and in transgenic mice. Cardiovasc Res 1997, 35, 360–6. [Google Scholar]
  19. Hajjar, R.J.; Schmidt, U.; Matsui, T.; Guerrero, J.L.; Lee, K.H.; Gwathmey, J.K.; et al. Modulation of ventricular function through gene transfer in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 1998, 95, 5251–6. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  20. Drazner, M.H.; Peppel, K.C.; Dyer, S.; Grant, A.O.; Koch, W.J.; Lefkowitz, R.J. Potentiation of beta-adrenergic signaling by adenoviral-mediated gene transfer in adult rabbit ventricular myocytes. J Clin Invest 1997, 99, 288–96. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  21. BioWorld Today, 1998; 7, p. 1.
  22. Murry, C.E.; Kay, M.A.; Bartosek, T.; Hauschka, S.D.; Schwartz, S.M. Muscle differentiation during repair of myocardial necrosis in rats via gene transfer with MyD. J Clin Invest 1996, 98, 2209–17. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  23. Koh, G.Y.; Soonpaa, M.H.; Klug, M.G.; Pride, M.G.; Cooper, B.J.; Zipes, D.P.; et al. Stable fetal cardiomyocyte grafts in the hearts of dystrophic mice and dogs. J Clin Invest 1995, 96, 2034–42. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  24. Li, R.K.; Mickle, D.A.G.; Weisel, R.D.; Mohabeer, M.K.; Zhang, J.; Rao, V.; et al. Natural history of fetal rat cardiomyocytes transplanted into adult rat myocardial scar tissue. Circulation 1997, 96 Suppl II, 179–87. [Google Scholar]
  25. Murry, C.E.; Wiseman, R.W.; Schwartz, S.M.; Hauschka, S.D. Skeletal myoblast transplantation for repair of myocardial necrosis. J Clin Invest 1996, 98, 2512–23. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit] [PubMed]
  26. Taylor, D.A.; Atkins, B.Z.; Hungspreugs, P.; Jones, T.R.; Reedy, M.C.; Hutcheson, K.A.; et al. Regenerating functional myocarium: improved performance after skeletal myoblast transplanta-tion. Nat Med 1998, 4, 929–33. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  27. Newman, K.D.; Dunn, P.E.; Owens, J.W.; Schulick, A.H.; Virmani, R.; Sukhova, G.; et al. Adenovirus-mediated gene transfer into normal rabbit arteries results in prolonged vascular cell activation, inflammation, and neointimal formation. J Clin Invest 1995, 96, 2955–65. [Google Scholar] [CrossRef] [Scilit]
  28. Isner, J.M.; Pieczek, A.; Schainfeld, R.; Blair, R.; Haley, L.; Asahara, T.; et al. Clinical evidence of angiogenesis after arterial gene transfer of phVEGF165 in patient with ischaemic limb. Lancet 348, 370–4. [CrossRef] [Scilit]

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