کارایی پیشگیری و درمان نانو‌کورکومین دندروزومی در برابر فیبروز قلبی القا‌شده توسط ایزوپروترنول در مدل موش

فیبروز ریه یک بیماری التهابی و مزمن ریوی است که علل متعددی از جمله آرتریت روماتوئید، لوپوس، کووید-۱۹، عوامل محیطی مانند سیگار کشیدن و برخی داروها مانند بلئومایسین دارد. در این اختلال، دیواره‌های آلوئول‌ها ضخیم می‌شوند که تبادل گاز را مختل کرده و باعث نارسایی تنفسی می‌شود.

در اثر مواجهه با شرایط مختلف از جمله استرس اکسیداتیو، هیپوکسی، التهاب، از یین رفتن کاردیومیوسیت‌ها و استرس مکانیکی، بافت آسیب‌دیده واکنش فیبروتیک را آغاز کرده و پروتئین‌های ماتریکس خارج سلولی (ECM) را به عنوان جایگزین سلول‌های از دست‌رفته تولید می‌کند تا یکپارچگی ساختاری خود را حفظ کند. در فرایند فیبروز، پروتئین‌های ECM مانند کلاژن‌ها (به‌ویژه کلاژن نوع I وIII)، الاستین و فیبرونکتین به صورت بیش از حد در محل زخم رسوب می‌کنند که این امر منجر به سفتی، رشد بیش از حد، کاهش انقباضات و ظرفیت انتقال سیگنال و در نتیجه، اختلال در عملکرد قلب می‌شود. میوفیبروبلاست‌ها که از فیبروبلاست‌های قلبی  (CFs)  مشتق می‌شوند، منبع اصلی رسوب ترکیبات ECM در قلب آسیب‌دیده هستند.

چندین مسیر سیگنال‌دهی در ایجاد فیبروز نقش دارند، از جمله سیستم رنین-آنژیوتانسین-آلدوسترون (RAAS)، اندوتلین-۱ (ET-1) ، فاکتور رشد بتا  (TGF-β)، مسیر Wnt/β-catenin و مسیرهای  GPCRآدرنرژیک. عوامل التهابی و پیش‌فیبروتیک که پاسخ فیبروتیک را تنظیم می‌کنند عبارتند از: TNF-α، IL-1، IL-6، IL-10، IL-4، CTGF،PDGF  و MMPs که از سلول‌های مختلف از جمله کاردیومیوسیت‌های نکروتیک و سلول‌های التهابی آزاد می‌شوند و به طور مستقیم یا غیرمستقیم تولید ECM را توسط میوفیبروبلاست‌ها افزایش می‌دهند.

با توجه به نقش مهم میوفیبروبلاست‌ها در فیبروز و درمان‌های محدود موجود، بهناز بیک زاده و همکاران فیبروز را به‌طور جامع با تولید مدل‌های فیبروزی درون‌کشتگاهی و درون‌بدنی با استفاده از ایزوپروترنول  (ISO) بررسی و اثر نانو‌کورکومین دندروزومی (DNC) را بر این مدل‌ها آزمایش کردند.

در این مطالعه، برای اولین بار تأثیر نانو‌کورکومین دندروزومی بر مهار فیبروبلاست‌های قلبی فعال‌شده توسط ایزوپروترنول و همچنین اثر آن بر مدل موشی فیبروز قلبی نشان داده شد. همچنین، مشاهده شد که بیان ژن‌های مرتبط با فیبروبلاست‌های قلبی در کشت‌های انجام‌شده روی صفحات پلی‌استایرن معمولی نسبت به کشت روی صفحات Softwell بدون هرگونه درمان افزایش یافته است. علاوه بر این، یک پروتکل جدید برای القای فیبروز قلبی در موش‌ها با استفاده از ISO معرفی شد، زیرا تاکنون دوز استانداردی برای این منظور وجود نداشت. همچنین، برای اولین بار از ISO برای القای فیبروز ریوی استفاده شد.

بررسی‌های هیستوپاتولوژیک از جمله رنگ‌آمیزی H&E و رنگ‌آمیزی MTS را برای بررسی تغییرات بافتی در گروه‌های موش‌های کنترل، D5 و D32 انجام شد. نمونه‌های روزهای 5 و 32 به دلیل تغییرات قابل‌توجه در بیان ژن که در تحلیل RT-qPCR مشاهده شد، برای رنگ‌آمیزی انتخاب شدند. همچنین، ایمونوهیستوشیمی (IHC) برای بررسی بیان پروتئین‌های COL1A1، α-SMA و TGF-β در این سه گروه انجام شد.

در رنگ‌آمیزی H&E، دژنراسیون کاردیومیوسیت در گروه‌های کنترل و D5 مشاهده نشد، اما در گروه  D32، دژنراسیون و نکروز در کاردیومیوسیت‌ها دیده شد. در رنگ‌آمیزی  MTS، هیچ نشانه‌ای از فیبروز قلبی در گروه کنترل وجود نداشت و نواحی کلاژنی فقط در موقعیت‌های طبیعی خود (مانند دیواره‌های عروقی) مثبت بودند. اما در روز  D5، تراکم فیبرهای کلاژن نابالغ شکل گرفته بود. به‌طور هم‌زمان، فیبروز با درجه متوسط تا شدید در برخی از نواحی گروه D32 مشاهده شد.

سطح واکنش α-SMA و TGF-β در گروه‌های کنترل و D5 نرمال و عمدتاً در دیواره‌های عروقی مثبت بود، اما پاسخ آن‌ها در کاردیومیوسیت‌ها ضعیف بود. در حالی که سطح واکنش COL1A1 در کاردیومیوسیت‌ها در گروه کنترل بسیار پایین بود، در روز D5 سطح آن به صورت پراکنده و با شدت کم تا متوسط افزایش یافت. در روز D32، سطح α-SMA در کاردیومیوسیت‌ها افزایش یافت که نشان‌دهنده آسیب میوکارد بود. سطح TGF-β و COL1A1 نیز در کاردیومیوسیت‌ها افزایش یافت.

افزایش اولیه بیان ژن غالباً پاسخی سریع به آسیب یا استرس است، در حالی که تجمع پروتئین و تغییرات هیستوپاتولوژیک مرتبط با آن‌ها بیشتر زمان می‌برد. پروتئین‌هایی مانند کلاژن دارای نیمه‌عمر طولانی‌تری نسبت به RNA هستند، بنابراین حتی پس از کاهش سطح بیان ژن، پروتئین‌ها می‌توانند همچنان در بافت تجمع یابند و باقی بمانند. در نتیجه، سطح بیان ژن کلاژن در روز D32 به حالت طبیعی خود بازگشته بود، اما فیبرهای کلاژن به‌طور هیستوپاتولوژیک بالغ شده بودند و بیان پروتئین آن در مقایسه با روز D5 افزایش یافته بود. پروتئین‌ها می‌توانند نیمه‌عمر طولانی‌تری نسبت به mRNA داشته باشند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد حتی زمانی که رونویسی و ترجمه کاهش یافته است، تجمع یابند. بنابراین، با توجه به سطح پروتئین، گروه D32 نشان‌دهنده موش‌هایی بود که دچار فیبروز قلبی شده بودند.

نتایج این مطالعه که در مجله ی PLOS ONE در سال 2024 به چاپ رسید نشان داد که کشت فیبروبلاست‌های قلبی بر روی صفحات پلی‌استایرن منجر به فعال‌سازی مکانیکی می‌شود که می‌توان آن را با استفاده از صفحات Softwell کاهش داد. علاوه بر این، مدل موش فیبروز قلبی (با دوز ۱۴۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم به مدت ۴ روز) تغییرات قابل‌توجهی در بیان نشانگرهای فیبروز قلبی با کمترین مرگ‌ومیر نشان داد. همچنین، با استفاده از این پروتکل اما با نوع متفاوتی از تزریق، تغییرات بیانی ژن‌های مرتبط با فیبروز ریوی نیز قابل مشاهده است. نانو‌کورکومین دندروزومی با عملکرد از طریق مسیر TGFB به طور مؤثری فعال‌سازی و تکثیر فیبروبلاست‌های قلبی را کاهش داد. علاوه بر این، با کاهش بیان ژن‌های پیش‌فیبروتیک و پیش‌التهابی فیبروز قلبی را تعدیل کرد. در نهایت، ژن COMP به عنوان یک نشانگر بالقوه مرتبط با فیبروز قلبی شناسایی شد.