Pesquisa translacional na oftalmologia: o caminho para a medicina personalizada / Translactional research in ophthalmology: the path to personalized medicine

A investigação científica é tradicionalmente dividida em duas categorias: a pesquisa básica e a pesquisa aplicada. A pesquisa básica é necessária para proporcionar o melhor entendimento do estado normal versus doença, mas não diretamente traduzindo esse conhecimento em aplicação clínica útil. A pesquisa translacional seria o avanço da ciência aplicado ao desenvolvimento de novos testes de diagnóstico, drogas e ou técnicas de intervenção junto às pacientes estabelecidos na compreensão do desenvolvimento da doença e sua progressão. O principal objetivo da pesquisa translacional é integrar os avanços na biotecnologia, com ensaios clínicos, impulsionando a investigação da bancada ao leito A evolução da pesquisa translacional na área de oftalmologia está construindo uma medicina de maior eficácia na prevenção e tratamento individualizado formando os ingredientes básicos da almejada medicina personalizada. Este artigo descreve os conceitos básicos da pesquisa translacional e sua aplicação na oftalmologia.

Scientific research is traditionally divided into two categories: basic research and applied research. Basic research is needed to provide a better understanding of disease, but not directly translating that knowledge into useful clinical application. Translational research would be the advancement of science applied to the development of new diagnostic tests, drugs and or intervention techniques for patients with established understanding of disease development and progression. The main goal of translational research is to integrate advances in biotechnology, clinical trials, boosting the research bench to the bedside. The evolution of translational research in the area of ophthalmology are building a medicine of greater effectiveness in the prevention and treatment individualized form the basic ingredients of the desired personalized medicine. This paper describes the basic concepts of translational research and its application in ophthalmology.

Role of wild type p53 and double suicide genes in interventional therapy of liver cancer in rabbits / Papel do p53 selvagem e do duplo genes suicidas na terapia intervencionista do câncer de fígado em coelhos

PURPOSE: To investigate the feasibility of interventional lipiodol embolism and multigene therapy in combination with focal chemotherapy in the treatment of VX2 liver cancer in rabbits. METHODS: Forty five rabbits with cancer larger than 2cm in diameter were randomly divided into five groups (n=9 per group). In Group 1, animals were treated with 0.9% sodium chloride. In Group 2, animals received lipiodol embolism. In Group 3, animals received lipiodol embolism and p53 gene therapy. In Group 4, animals received lipiodol embolism and TK/CD gene therapy. In Group 5, animals received lipiodol embolism and p53 and TK/CD gene therapy. Ultrasonography and CT were performed before and at ten days after interventional therapy. RESULTS: The VX2 model of liver cancer was successfully established in rabbits and interventional therapy smoothly performed. At ten days after interventional therapy, significant difference in the tumor volume was noted among five groups (p<0.05) and different treatments could inhibit the cancer growth. The inhibition of cancer growth was the most evident in the Group 5. Factorial analysis revealed gene therapy with p53 or TK/CD and lipiodol embolism independently exert significantly inhibitory effect on cancer growth. In addition, the suppression on tumor growth rate was the most obvious in the Group 5. CONCLUSIONS: Combination of gene therapy with lipiodol embolism can effectively inhibit the cancer growth and prolong the survival time. These findings demonstrate the effectiveness of multigene therapy in combination with lipiodol embolism in the treatment of liver cancer.

OBJETIVO: Investigar a possibilidade de terapia multigênica e intervenção por embolização com lipiodol em combinação com quimioterapia focal no tratamento de câncer de fígado VX2 em coelhos. MÉTODOS: Quarenta e cinco coelhos com câncer maior do que 2cm de diâmetro foram distribuídos, aleatoriamente, em cinco grupos (n=9 por grupo). Grupo 1: animais foram tratados com cloreto de sódio 0,9% e no grupo 2 os animais receberam embolização com lipidol. Grupo 3: animais receberam embolização com lipiodol e terapia do gene p53 e grupo 4 animais receberam embolização com lipiodol e terapia do gene TK/CD. Grupo 5: animais receberam embolização com lipiodol e terapia do gene p53 e do gene TK/CD. Ultrassonografia e tomografia computadorizada foram realizadas antes e dez dias após a intervenção terapêutica. RESULTADOS: O modelo VX2 de câncer de fígado foi estabelecido com sucesso em coelhos e a terapia intervencionista foi bem executada. Dez dias após a intervenção terapêutica, uma diferença significativa no volume do tumor foi observada entre os cinco grupos (p<0,05) e diferentes tratamentos poderiam inibir o crescimento do câncer. A inibição do crescimento do cancer foi mais evidente no grupo 5. Análise fatorial revelou que a terapia com gene p53 ou TK/CD e embolia por lipiodol independentemente exerce um efeito inibidor significativo sobre o crescimento do câncer. Além disso, a supressão da taxa de crescimento do tumor foi mais evidente no Grupo 5. CONCLUSÕES: A combinação de terapia gênica com embolização com lipiodol pode inibir efetivamente o crescimento do câncer e prolongar o tempo de sobrevida. Estes resultados demonstram a eficácia da terapia multigênica em combinação com embolização com lipidol no tratamento de câncer hepático.

Terapia gênica para cardiopatia isquêmica: revisão de ensaios clínicos / Gene therapy for ischemic heart disease: review of clinical trials

Cardiopatia isquêmica grave com angina refratária a formas convencionais de tratamento apresenta-se em uma crescente incidência. Para tratar angina refratária, terapias alternativas na tentativa de redução da isquemia miocárdica e alívio de sintomas têm sido estudadas. Neste contexto, a terapia gênica representa uma opção, pela possibilidade de induzir angiogênese, estabelecer circulação colateral e reperfundir miocárdio isquêmico. Diversos ensaios clínicos têm sido conduzidos e, com exceção de casos isolados e específicos de efeitos adversos, há indicação de segurança, viabilidade e potencial eficácia da terapia. O benefício clínico não está bem definido. Neste artigo, revisamos os ensaios clínicos que utilizaram terapia gênica para tratamento de pacientes cardiopatas isquêmicos. A abordagem inclui: (1) isquemia miocárdica e angiogênese, sobre os aspectos fisiopatológicos envolvidos; (2) fatores de crescimento, tratando sobre aspectos específicos e justificando a utilização em pacientes cardiopatas isquêmicos sem opções pela terapêutica convencional; (3) ensaios clínicos controlados, onde é apresentado um resumo dos principais estudos envolvendo terapia gênica para tratamento da cardiopatia isquêmica grave; (4) nossa experiência, especialmente sobre resultados preliminares do primeiro ensaio clínico de terapia gênica do Brasil e (5) perspectivas.

Severe ischemic heart disease with refractory angina, occurs in increasing incidence. Alternative forms of treatment, in an attempt to reduce myocardial ischemia and relief of symptoms has been studied. In this context, gene therapy is an option, for the possibility of inducing angiogenesis, establish collateral circulation and reperfuse ischemic myocardium. Several clinical trials have been conducted and, except for specific cases of adverse effects, there is indication of safety, feasibility and potential effectiveness of therapy. The clinical benefit, however, is not yet well established. In this article we review the clinical trials of gene therapy for patients with ischemic heart disease. The approach includes: (1) myocardial ischemia and angiogenesis on the pathophysiological aspects involved, (2) growth factors, dealing with specific aspects and justifying the use in cardiac patients with no option for conventional therapy, (3) controlled clinical trials, where a summary of the main studies involving gene therapy for severe ischemic heart disease is presented, (4) our experience, especially on preliminary results of the first gene therapy clinical trial in Brazil and (5) future prospects.

Terapia gênica para osteoporose / Gene therapy for osteoporosis

A osteoporose é considerada um dos problemas de saúde mais comuns e sérios da população idosa mundial. É uma doença crônica e progressiva, caracterizada pela diminuição da massa óssea e deterioração da microarquitetura do tecido ósseo. A terapia gênica representa uma nova abordagem para o tratamento da osteoporose e tem como princípio devolver a função comprometida pelo metabolismo. Esta revisão visa focar os trabalhos relevantes desenvolvidos nos últimos anos, disponibilizados nas bases de dados médicas, e que utilizaram a terapia gênica para o tratamento da osteoporose em modelos animais, bem como, as perspectivas futuras desta terapia. A maioria dos estudos utiliza os genes BMPs, PTH e OPG na tentativa de restabelecer a massa óssea. Apesar da carência de novas moléculas, todos os genes empregados nos estudos se mostraram eficientes no tratamento da doença. Os benefícios que a terapia gênica proporcionará aos pacientes no futuro devem contribuir substancialmente para o aumento na qualidade de vida dos idosos. Em breve, protocolos clínicos envolvendo humanos irão beneficiar os indivíduos com osteoporose.

Osteoporosis is considered one of the most common and serious problems affecting the elderly population worldwide. It is a chronic and progressive disease, characterized by decreased bone mass and degeneration of the microarchitecture of the bone tissue. Gene therapy represents a new approach in osteoporosis treatment, and its main function is to restore the compromised function in the metabolism. This review aims to elucidate the main studies on gene therapy in recent years, in the medical databases, that use gene therapy for the treatment of osteoporosis in animal models, as well as the future prospects of this therapy. The majority of the studies use the BMP, PTH and OPG genes, in an attempt to reestablish bone mass. Despite the lack of new molecules, all genes employed in these studies have proven to be efficient in the treatment of the disease. The benefits that gene therapy will provide for patients in the future should contribute substantially to increasing the quality of life for the elderly. Soon, clinical trials involving humans will benefit individuals with osteoporosis.

Gene transfer to primary corneal epithelial cells with an integrating lentiviral vector / Transferência de genes heterólogos para células corneanas epiteliais primárias utilizando vetor lentivírus

PURPOSE: To evaluate the transfer of heterologous genes carrying a Green Fluorescent Protein (GFP) reporter cassette to primary corneal epithelial cells ex vivo. METHODS: Freshly enucleated rabbit corneoscleral tissue was used to obtain corneal epithelial cell suspension via enzymatic digestion. Cells were plated at a density of 5×10³ cells/cm² and allowed to grow for 5 days (to 70-80 percent confluency) prior to transduction. Gene transfer was monitored using fluorescence microscopy and fluorescence activated cell sorter (FACS). We evaluated the transduction efficiency (TE) over time and the dose-response effect of different lentiviral particles. One set of cells were dual sorted by fluorescence activated cell sorter for green fluorescent protein expression as well as Hoechst dye exclusion to evaluate the transduction of potentially corneal epithelial stem cells (side-population phenotypic cells). RESULTS: Green fluorescent protein expressing lentiviral vectors were able to effectively transduce rabbit primary epithelial cells cultured ex vivo. Live cell imaging post-transduction demonstrated GFP-positive cells with normal epithelial cell morphology and growth. The transduction efficiency over time was higher at the 5th post-transduction day (14.1 percent) and tended to stabilize after the 8th day. The number of transduced cells was dose-dependent, and at the highest lentivirus concentrations approached 7 percent. When double sorted by fluorescence activated cell sorter to isolate both green fluorescent protein positive and side population cells, transduced side population cells were identified. CONCLUSIONS: Lentiviral vectors can effectively transfer heterologous genes to primary corneal epithelial cells expanded ex vivo. Genes were stably expressed over time, transferred in a dose-dependence fashion, and could be transferred to mature corneal cells as well as presumable putative stem cells.

OBJETIVO: Avaliar a transferência de genes heterólogos expressando a proteí­na "Green Fluorescent Protein" (GFP) para células corneanas epiteliais primárias ex vivo utilizando vetor lentivírus. MÉTODOS: Tecido corneoescleral de coelhos foi usado para obtenção de suspensão de células corneanas epitelias. As células foram semeadas na densidade de 5×10³ células/cm² e expandidas por 5 dias até uma confluência de 70-80 por cento antes de serem transduzidas. A transferência genética foi monitorada por microscopia fluorescente e por um separador de células ativadas por fluorescência. Foram avaliadas a eficiência de transdução ao longo do tempo e o efeito dose-resposta de diferentes quantidades de partículas virais. Um grupo de células foi analisado pelo separador de células ativadas por fluorescência para avaliar a transdução de células com fenótipo de cé­lulas tronco do epitélio corneano (baseado na exclusão do corante "Hoechst dye"). RESULTADOS: Os vetores lentivírus foram efetivos na transdução de cé­lulas corneanas epiteliais primárias de coelhos ex vivo. Fotodocumentação das células vivas demonstrou células epiteliais de morfologia normal e expressando o gene fluorescente (GFP). A eficiência de transdução ao longo do tempo foi maior no quinto dia após a transdução (14,1 por cento) e demonstrou uma tendência à estabilidade a partir do oitavo dia após a transdução. O número de células transduzidas foi dose-dependente e atingiu 7 por cento com as maiores concentrações de partículas virais. Quando analisadas pelo separador de células ativadas por fluorescência para detecção de células transduzidas e também de células que excluíram o corante "Hoechst dye", foi detectado que células com fenótipo de células tronco do epitélio corneano ("side-population") também foram transduzidas. CONCLUSÕES: Os vetores lentivirais podem transferir genes heterolólogos para células corneanas epiteliais primárias expandidas ex vivo de forma eficiente. Os genes foram expressos de forma estável ao longo do tempo e puderam ser transferidos tanto para células epiteliais maduras como para presumíveis células tronco epiteliais. A eficiência de transdução foi obtida de forma dose-dependente.

Terapia gênica com VEGF para angiogênese na angina refratária: ensaio clínico fase I/II / VEGF gene therapy for angiogenesis in refractory angina: phase I/II clinical trial

OBJETIVO: Avaliar a segurança, viabilidade e efeitos iniciais, clínicos e sobre a perfusão miocárdica, da administração intramiocárdica, transtorácica, de VEGF 165 plasmidial em pacientes com doença arterial coronariana avançada e angina refratária, não passíveis de revascularização percutânea e cirúrgica. MÉTODOS: Ensaio clínico fase I/II. Treze pacientes cardiopatas isquêmicos com angina refratária apesar de tratamento medicamentoso máximo por no mínimo seis meses, não passíveis de revascularização cirúrgica ou por cateter foram submetidos a injeções intramiocárdicas de 2000µg VEGF 165 plasmidial. Os pacientes foram avaliados por cintilografia miocárdica, teste ergométrico, questionário de qualidade de vida (Minnesota) e determinação das classes de insuficiência cardíaca (NYHA) e angina (CCS). RESULTADOS: Não houve óbitos ou reintervenções. Durante o período de tratamento medicamentoso máximo, não se observou diferenças em cintilografias miocárdicas, testes ergométricos e questionários de qualidade de vida, ainda, houve tendência a piora das classes NYHA (P=0,05) e CCS (P=0,05). Três meses após intervenção, observou-se melhora dos escores cintilográficos SSS (18,38±7,51 vs. 15,31±7,29, P=0,003) e SRS (11,92±7,49 vs. 8,53±6,68, P=0,002), porém não na proporção da extensão da área de miocárdio isquêmico (23,38±13,12 por cento vs. 20,08±13,88 por cento, P=0,1). Houve tendência a melhora dos METs nas ergometrias (7,66±4,47 vs. 10,29±4,36, P=0,08), melhora do escore de qualidade de vida (48,23±18,35 vs. 30,15±20,13; P=0,02) e das classes NYHA (3,15±0,38 vs. 1,77±0,83, P=0,001) e CCS (3,08±0,64 vs. 1,77±0,83, P=0,001), no mesmo período. CONCLUSÕES: A terapia demonstrou-se segura e viável nesta série de pacientes. Os resultados iniciais tendem a demonstrar melhora na gravidade da angina e redução da intensidade da isquemia miocárdica.

OBJECTIVE: Safety, feasibility and early myocardial angiogenic effects evaluation of transthoracic intramyocardial phVEGF165 administration for refractory angina in no option patients. METHODS: Cohort study, in which 13 patients with refractory angina under optimized clinical treatment where included, after cineangiograms had been evaluated and found unfeasible by surgeon and interventional cardiologist. Intramyocardial injections of 5mL solution containing plasmidial VEGF165 where done over the ischemic area of myocardium identified by previous SPECT/Sestamibi scan. Evaluations included a SPECT scan, stress test, Minnesotta QOL questionnaire and NYHA functional class and CCS angina class determinations. RESULTS: There were no deaths or new interventions during the study period. There were no significant variations in SPECT scans, QOL scores and stress tests results during medical treatment in the included patients. After the 3rd post operative month, there was improvement in SPECT segmental scores, SSS (18.38±7.51 vs. 15.31±7.29, P=0.003) and SRS (11.92±7.49 vs. 8.53±6.68, P=0.002). The ischemic area extension, however, had non-significant variation (23.38±13.12 percent vs. 20.08±13.88 percent, P=0.1). Stress tests METs varied from 7.66±4.47 pre to 10.29±4.36 METs post-op (P=0.08). QOL score improved from 48.23±18.35 pre to 30.15±20.13 post-op points (P=0.02). NYHA class was 3.15±0.38 pre vs. 1.77±0.83 post-op (P=0.001) and angina CCS class, 3.08±0.64 vs. 1.77±0.83 (P=0.001). CONCLUSIONS: Intramyocardial VEGF165 therapy for refractory angina, in this small trial of no option patients, resulted feasible and safe. Early clinical and scintilographic data showed improvements in symptoms and myocardial perfusion, with regression of ischemia severity in treated areas.

Terapia gênica em distrofias hereditárias de retina / Gene therapy for inherited retinal dystrophies

As distrofias hereditárias de retina abrangem um amplo número de doenças caracterizadas por lenta e progressiva degeneração da retina. São o resultado de mutações em genes expressos em fotorreceptores e no epitélio pigmentado da retina. A herança pode ser autossômica dominante, autossômica recessiva, ligada ao X recessiva, digênica ou herança mitocondrial. Atualmente não há tratamento para essas doenças e os pacientes convivem com a perda progressiva da visão. O aconselhamento genético e o suporte para reabilitação têm indicação nestes casos. Pesquisas envolvendo a base molecular e genética dessas doenças está continuamente em expansão e ampliam as perspectivas para novas formas de tratamento. Dessa forma, a terapia gênica, que consiste na inserção de material genético exógeno em células de um indivíduo com finalidade terapêutica, tem sido a principal forma de tratamento para as distrofias hereditárias de retina. O olho é um órgão peculiar para a terapia gênica, pois é anatomicamente dividido em compartimentos, imunologicamente privilegiado e com meios transparentes. A maioria das doenças oculares tem defeitos em genes conhecidos. Além disso, há modelo animal bem caracterizado para algumas condições. Propostas para pesquisa clínica em terapia gênica nas degenerações retinianas hereditárias com defeito no gene RPE65, recentemente tiveram aprovação ética e os resultados preliminares obtidos trouxeram grandes expectativas na melhora da qualidade de vida dos pacientes.

The inherited retinal dystrophies comprise a large number of disorders characterized by a slow and progressive retinal degeneration. They are the result of mutations in genes that express in either the photoreceptor cells or the retinal pigment epithelium. The mode of inheritance can be autosomal dominant, autosomal recessive, X linked recessive, digenic or mitochondrial DNA inherited. At the moment, there is no treatment for these conditions and the patients can expect a progressive loss of vision. Accurate genetic counseling and support for rehabilitation are indicated. Research into the molecular and genetic basis of disease is continually expanding and improving the prospects for rational treatments. In this way, gene therapy, defined as the introduction of exogenous genetic material into human cells for therapeutic purposes, may ultimately offer the greatest treatment for the inherited retinal dystrophies. The eye is an attractive target for gene therapy because of its accessibility, immune privilege and translucent media. A number of retinal diseases affecting the eye have known gene defects. Besides, there is a well characterized animal model for many of these conditions. Proposals for clinical trials of gene therapy for inherited retinal degenerations owing to defects in the gene RPE65, have recently received ethical approval and the obtained preliminary results brought large prospects in the improvement on patient's quality of life.

Effects of therapeutic angiogenesis with plasmid VEGF165 on ventricular function in a canine model of chronic myocardial infarction / Efeito da angiogênese terapêutica com VEGF165 sobre a função ventricular em infarto do miocárdio crônico

OBJECTIVE: Therapeutic angiogenesis is currently under investigation in ischemic heart disease. We examined the effect on left ventricular function induced by therapeutic angiogenesis by intramyocardial injection of plasmid VEGF165, in a canine model of chronic myocardial infarction. METHODS: Left thoracotomy was performed in 10 mongrel dogs, and myocardial infarction induced by ligation of the major diagonal coronary artery. At 7 postoperative (p.o.) day (pre-treatment), left ventricular ejection fraction was assessed by echocardiogram, and a second procedure was done: saline or plasmid VEGF165 at 200 mg/mL was injected over 10 points of the ischemic areas of control or treated groups, respectively. Fourteen days later (post-treatment, day 21) a control echocardiogram was performed, the animals were sacrificed and histological examination was performed. RESULTS: Ejection fraction was maintained in the treated group: 52.45 + 15.1 percent on day 7 and 48.53 + 11.74 percent on day 21 (P=0.59), and tended to decrease in the control group, from 59.3 + 4 percent to 39.37 + 19.43 percent (P=0.04), although absolute values did not differ significantly between groups. Histological examination revealed a non significant increase in capillary vessels number in all areas in treated group. Paradoxically, arterioles were significantly less in number in all areas of treated dogs. CONCLUSION: Intramyocardial injection of plasmid VEGF165, in this canine model of chronic myocardial infarction, resulted in preservation of left ventricular ejection fraction, contrary to the control group where left ventricular ejection fraction showed continuous decline during the experiment. Histological examination, however, was unable to explain completely these results.

OBJETIVO: Angiogênese por terapia gênica é alternativa ainda experimental para revascularização miocárdica. Este estudo objetivou verificar a indução de angiogênese e melhora funcional miocárdica pela injeção transmural de plasmídeo contendo VEGF165 em áreas de infarto crônico do miocárdio. MÉTODOS: Em 10 cães anestesiados, por toracotomia lateral esquerda, foi induzido infarto agudo do miocárdio (IAM) por meio da ligadura do ramo diagonal principal da artéria coronária descendente anterior. Após 7 dias, realizado ecocardiograma para avaliação da fração de ejeção (FE) ventricular esquerda. Os animais foram divididos em dois grupos: Tratado (GT) e Controle (GC) e submetidos a segundo procedimento, para injeção intramiocárdica de solução contendo plasmídeo VEGF165 na concentração de 200mg/ml (GT) ou solução salina (GC), distribuída em 10 pontos da área infartada. Após 14 dias, novo ecocardiograma, sacrifício dos animais e retirada do coração para estudo histológico. RESULTADOS: Houve tendência à manutenção da FE no GT e de queda da FE no GC, conforme os valores: FE ao ecocardiograma pós-IAM inicial: GC 59,33 + 4,6 por cento e GT 52,45 + 15,1 por cento (P=0,359). FE após 14 dias: GC 39,37 + 19,43 por cento e GT 48,53 + 11,74 por cento (P=0,394). Comparação intra-grupo: Variação negativa da FEVE GC: 59,37 + 4 por cento para 39,37 + 19,43 por cento (P=0,04) e manutenção GT: 52,45 + 15,1 por cento para 48,53 + 11,74 por cento (P=0,59). No GT observou-se aumento do número de vasos capilares, mais intenso nas regiões injetadas, porém presente em todo miocárdio. Paradoxalmente, no GT houve redução do número de arteríolas. CONCLUSÃO: A injeção transmural de plasmídeo VEGF165 resultou em tendência para atenuar a perda de contratilidade consequente ao dano miocárdico, na fase crônica do IAM. O exame histológico da rede vascular, entretanto, não explica completamente os eventos funcionais.