Potencial terapèutic de nous biomarcadors d’isquèmia cerebral

Abstract

L’ictus isquèmic és una de les principals causes de mort i discapacitat arreu. Actualment, l’únic tractament efectiu és la teràpia de reperfusió, ja sigui a través del tractament intravenós amb l’activador tissular del plasminogen (rt-PA) o la retirada del clot mitjançant trombectomia mecànica intra-arterial. No obstant, només un percentatge reduït dels pacients poden beneficiar-se d’aquestes teràpies, doncs presenten una finestra terapèutica molt estreta, així com nombroses contraindicacions mèdiques i efectes secundaris adversos. És per això que hi ha una necessitat urgent de trobar noves estratègies terapèutiques complementàries capaces de bloquejar la progressió de la lesió i neuroprotegir el cervell isquèmic en els estadis inicials de la malaltia. L’ús de biomarcadors sanguinis per al diagnòstic i el pronòstic de l’ictus isquèmic acceleraria la presa de decisions mèdiques i l’administració de tractaments als pacients afectats. Malgrat nombroses biomolècules hagin estat proposades per a tals finalitats, actualment cap d’elles ha aconseguit mostrar una millora significativa respecte les proves de neuroimatge i els paràmetres clínics que s’utilitzen avui en dia, de manera que descobrir nous biomarcadors sanguinis d’ictus també és una necessitat vigent. En aquesta Tesi Doctoral s’explora el paper de nous biomarcadors d’ictus en els estadis inicials de la malaltia, de manera que a banda de bons indicadors, pensem que la seva modulació terapèutica pot esdevenir també interessant com a possible tractament neuroprotector. Així, els treballs que la integren pretenen contribuir a la identificació de noves biomolècules que puguin servir com a biomarcadors, dianes terapèutiques o ambdues aplicacions que avui en dia encara manquen de resolució. D’una banda, hem aprofundit en l’estudi del paper dual de certs mediadors inflamatoris com a biomarcadors i dianes terapèutiques alhora. Amb aquest propòsit, hem demostrat que la inhibició d’un biomarcador de transformacions hemorràgiques, la VAP-1/SSAO, és una estratègia prometedora per tal d’evitar l’aparició d’aquestes complicacions associades a l’administració de l’rt-PA. També hem identificat per primer cop la quimiocina CCL23 com un bon biomarcador de pronòstic de l’ictus isquèmic, l’administració exògena de la qual ha mostrat indicis de millorar l’estat neurològic dels animals afectats per la isquèmia. Amb l’objectiu de descobrir nous candidats, s’han dut a terme dos estudis emprant diferents tècniques –òmiques en models experimentals d’isquèmia cerebral. S’han estudiat els canvis al proteoma del líquid cefaloraquidi de rata, així com les alteracions a nivell del transcriptoma i del proteoma del cervell isquèmic de ratolí, ambdós durant la fase aguda de la malaltia. Ambdós estudis han permès identificar i explorar en detall una sèrie de gens i proteïnes rellevants en la fisiopatologia de la isquèmia cerebral, alguns dels quals han estat avaluats pel seu possible ús com a biomarcadors de diagnòstic i pronòstic de l’ictus isquèmic. Els resultats obtinguts en ambdós estudis fan atractiva una futura exploració de les molècules destacades com a nous biomarcadors o dianes terapèutiques per l’ictus. Finalment, donada la manca d’èxit dels agents neuroprotectors proposats fins al moment, en aquesta Tesi hem optat per una aproximació innovadora basada en el reposicionament de fàrmacs per identificar, a través d’una simulació matemàtica de l’ictus isquèmic, combinacions de fàrmacs amb efecte terapèutic sinèrgic. Dues de les combinacions de fàrmacs testades in vivo han demostrat una capacitat significativa per reduir l’extensió de la lesió cerebral d’animals isquèmics, obrint la porta a nous tractaments neuroprotectors per l’ictus. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi doctoral contribueixen a millorar el coneixement de la fisiopatologia de la isquèmia cerebral, així com al descobriment de futurs biomarcadors i dianes terapèutiques de l’ictus, sent ambdues necessitats urgents per reduir l’impacte devastador d’aquesta malaltia arreu del món.

Ischemic stroke is one of the leading causes of death and disability worldwide. Currently, the only effective treatments are reperfusion therapies, via the intravenous administration of recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) or the mechanical removal of the thrombus with stent-retriever or aspiration devices. However, only a small percentage of patients can benefit from these therapies due to their short therapeutic window and their severe side effects. Thus, there is an urgent need to find complementary therapeutic strategies to mitigate the stroke progression and rescue the brain tissue from ischemic injury. The use of blood biomarkers for the diagnosis and prognosis of ischemic stroke would accelerate decision-making processes and treatments of the affected patients. Although numerous molecules have been proposed for these purposes, none of them have shown a significant improvement over the neuroimaging and clinical parameters that are currently used, so new blood biomarkers for stroke are also sought. This Doctoral Thesis explores the role of new stroke biomarkers in the initial stages of the disease, since it is hypothesized that beyond its role as indicators of stroke, their therapeutic modulation can also be interesting as a neuroprotective strategy to treat ischemic stroke. Thus, the studies comprised in this Thesis aim to contribute to the identification of new molecules that can serve as blood biomarkers, therapeutic targets or both applications at once. On the one hand, we studied the dual role of certain inflammatory mediators as blood biomarkers and therapeutic targets. We have shown that the inhibition of VAP-1/SSAO, a biomarker of rt-PA-associated hemorrhagic transformation, is a promising strategy to avoid the appearance of these complications. Moreover, we have also identified for the first time the CCL23 chemokine as an interesting biomarker of ischemic stroke prognosis, whose exogenous administration has also shown potential to improve the neurological status of animals after cerebral ischemia. Furthermore, two –omics studies have been conducted to discover new candidates in experimental models of stroke. Specifically, the proteome changes in the rat cerebrospinal fluid and the transcriptome and proteome alterations in the mouse brain have been deeply evaluated during the acute phase of cerebral ischemia. Both studies highlighted key molecular factors in the stroke pathophysiology, some of which have been tested for their role as biomarkers for stroke diagnosis and prognosis. Moreover, the results from both studies envision a future exploration of these outstanding molecules as new biomarkers or therapeutic targets for ischemic stroke. Finally, since all neuroprotective agents proposed so far have systematically failed to succeed, in this Thesis we aimed for an innovative drug repositioning approach based on a mathematical simulation of ischemic stroke disease. This in silico model has been used to identify combinations of drugs with a synergistic therapeutic effect on neuroprotection. Two of the resulting drug combinations have demonstrated in vivo promising neuroprotective actions by reducing the extension of the brain lesion, which suggests their efficacy as new treatments for ischemic stroke. Overall, the results of this Doctoral Thesis contribute to our understanding of the stroke pathophysiology, as well as to the discovery of future blood biomarkers and therapeutic targets for stroke, being two urgent clinical needs to reduce the devastating impact of this disease worldwide.