FUNDAMENTO: Insuficiência cardíaca (IC) causada por Doença de Chagas (DC) é uma cardiomiopatia inflamatória progressiva que afeta milhões de pessoas na América Latina. Estudos com modelos de camundongo de IC devido à DC indicam que o transplante de células mononucleares derivadas da medula óssea (TCDMO) pode reduzir a inflamação, fibrose e melhorar a função miocárdica. OBJETIVO: O propósito desse estudo foi avaliar, pela primeira vez em seres humanos, a segurança e a eficácia de TCDMO no miocárdio de pacientes com IC devido à DC. MÉTODOS: Um total de 28 pacientes com IC devido à DC (média de idade de 52,2 ± 9,9 anos) com classe funcional NYHA III e IV foram submetidos à TCDMO através de injeção coronariana. Os efeitos na fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE), capacidade funcional, qualidade de vida, arritmias e parâmetros bioquímicos, imunológicos e neuro-humorais foram avaliados. RESULTADOS: Não houve complicações diretamente relacionadas ao procedimento. A FEVE foi 20,1 ± 6,8% e 28,3 ± 7,9%, p < 0,03 a nível basal e 180 dias após o procedimento, respectivamente. No mesmo período, melhoras significantes foram observadas na classe funcional NYHA (3,1 ± 0,3 para 1,8 ± 0,5; p < 0,001), qualidade de vida (50,9 ± 11,7 para 25,1 ± 15,9; p < 0,001), e no teste de caminhada de seis minutos (355 ± 136 m para 437 ± 94 m; p < 0,01). Não houve alterações nos marcadores de ativação imune ou neurohormonais. Nenhuma complicação foi registrada. CONCLUSÃO: Nossos dados sugerem que a injeção intracoronariana de células derivadas da medula óssea é segura e potencialmente efetiva em pacientes com IC devido à DC. A extensão do benefício, entretanto, parece ser discreta e precisa ser confirmada em estudos clínicos maiores, randomizados, duplo-cegos, controlados com placebo.
IHospital Santa Izabel da Santa Casa de Misericórdia da Bahia, Salvador, BA - Brasil
IICentro de Pesquisas Gonçalo Moniz - FIOCRUZ/BA, Salvador, BA - Brasil
A Doença de Chagas (DC) é causada por uma infecção pelo protozoário
O achado real do parasita nessa forma tardia da doença é pouco frequente, embora o uso de técnicas altamente sensíveis permita o reconhecimento de partes do parasita no miocárdio1. Esse achado e outros sugerem que o processo auto-imune tem um papel principal na fase crônica da doença1,2. No estágio avançado da doença, o prognóstico é ruim e uma progressão inexorável para a condição refratária é frequentemente observada, a despeito de todos os recursos terapêuticos disponíveis atualmente1,2.
Com o recente progresso na técnica de transplante de células derivadas de medula óssea (TCDMO) direcionado à doença cardíaca isquêmica1-3, nossa atenção foi direcionada à possibilidade de empregar-se a mesma técnica na doença cardíaca chagásica. Experimentalmente, tem sido demonstrado que em camundongos cronicamente infectados com a cepa colombiana de
O Fator de estimulação de colônia por granulócito (G-CSF) induz a mobilização das células-tronco da medula óssea para o sangue periférico, tornando um grande número de células-tronco disponíveis para reparação de danos1. Assim, a experiência anterior com TCDMO na doença cardíaca isquêmica, bem como os resultados experimentais com ao modelo da DC definiu o cenário para nosso estudo-piloto de fase 1, sobre o uso de TCDMO em seres humanos com doença cardíaca chagásica avançada1,2.
De Junho de 2003 a Junho de 2006, conduzimos um estudo clínico de fase aberta, fase 1, para testar a viabilidade, segurança e eficácia potencial do transplante de células derivadas da medula óssea para o miocárdio de pacientes com insuficiência cardíaca (IC) causada por cardiomiopatia chagásica. Os indivíduos incluídos no estudo eram de ambos os sexos, com idade variando de 20 a 70 anos e ICC causada por DC, com fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) < 40% no ecocardiograma, classe funcional III e IV (NYHA), recebiam terapia médica otimizada para ICC e haviam permanecido estáveis nessa condição por pelo menos um mês antes do início dos procedimentos de investigação.
Os pacientes excluídos apresentavam condições sistêmicas que poderiam ter um impacto nos resultados do tratamento ou nas análises dos procedimentos de investigação. Essas condições incluíam infecções ou neoplasias, doenças auto-imunes, doenças hematológicas anteriores; doenças hepáticas; insuficiência renal moderada (creatinina > 2 mg/dl); implantação de marcapasso biventricular para ressincronização cardíaca nos 90 dias anteriores ao início do estudo; mulheres em idade fértil e pacientes com doença arterial coronariana detectada por cineangiocoronariografia.
Uma avaliação clínica foi realizada a nível basal e os seguintes dados clínicos e variáveis foram registrados: a) classe funcional (CF) da NYHA; b) escore de qualidade de vida medido pelo questionário "Minnesota Living with Heart Failure'1; c) variáveis hematológicas e bioquímicas; d) eletrocardiograma (ECG) de 12 derivações; e) ecocardiograma transtorácico; f) teste de caminhada de 6 minutos (TC6M)2; g) monitorização por Holter de 24 horas. Após o procedimento, os pacientes foram encaminhados à Unidade de Terapia Intensiva (UTI), onde foram monitorados por pelo menos 24 horas. Em casos sem intercorrências, os pacientes eram transferidos para o quarto, onde permaneciam por pelo menos cinco dias. Todas as avaliações foram repetidas após 180 dias.
Para verificar qualquer possibilidade de dano miocárdico causado pela injeção de células de medula óssea, mensurações seriadas (a cada seis horas durante as primeiras 24 horas) de marcadores de dano miocárdico (CK-MB e troponina I), bem como eletrocardiogramas, foram realizados. Para investigar o desenvolvimento de arritmias cardíacas como complicação da injeção de células, os pacientes foram submetidos à eletrocardiografia ambulatorial (Holter) de 24 horas antes do procedimento e periodicamente após o mesmo.
O protocolo do estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da instituição e pela Comissão Nacional de Ética em Pesquisa. Os pacientes foram incluídos no estudo apenas após terem sido totalmente informados sobre os procedimentos do mesmo e após assinar o Termo de Consentimento Livre e Informado.
Os pacientes foram encaminhados ao laboratório de cateterismo após jejum de 12 horas. Uma amostra de 50 ml de conteúdo de medula óssea foi aspirada de cada paciente através de 5 punções nas cristas ilíacas posteriores direita e esquerda, sob anestesia local e sedação intravenosa. O aspirado colhido foi filtrado para remoção de debris da medula óssea, como gordura e fragmentos ósseos (malha de aço inoxidável,
Ao final do processo, as amostras foram diluídas em 20 ml de solução fisiológica. Imediatamente antes da injeção intracoronariana, os pacientes foram submetidos à cateterização cardíaca esquerda com abordagem femoral, seguida por angiografia coronariana. Os pacientes foram excluídos se houvesse estenose > 50% em qualquer artéria coronária. A solução contendo as células foi injetada lentamente, durante 10 minutos, no sistema coronariano esquerdo e direito: 10 ml na artéria descendente anterior esquerda, 5 ml na artéria coronária direita e 5 ml na artéria circunflexa esquerda.
Vinte e cinco dias depois, os pacientes receberam injeções diárias subcutâneas de G-CSF (Granulokine®) humano por cinco dias, a uma dose de 5
O teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) foi realizado de acordo com o protocolo utilizado por Bittner e cols.4 no estudo SOLVD. Após um período de repouso de 15 minutos, um novo teste foi realizado e a média das distâncias caminhadas nos dois testes foi usada como resultado. A qualidade de vida (QV) foi avaliada através do questionário de Minnesota (
TNF-alfa, IL-1-beta, IL-6, MMP-2 e MMP-9 foram analisados através de kits de imunoensaio disponíveis comercialmente (Quantikine, R&D Systems, Minneapolis, MN, EUA). A vasopressina foi analisada através de um kit EIA (Ann Arbor, MI, EUA). O peptídeo natriurético do tipo B (BNP) foi medido usando-se imunoensaio fluorescente rápido (Biosite Diagnostics Incorporated, San Diego, California, USA). Todos os outros testes bioquímicos e hematológicos foram realizados utilizando-se kits disponíveis comercialmente.
A análise estatística foi realizada utilizando-se o
Os autores tiveram acesso total aos dados e são responsáveis por sua integridade. Todos os autores leram e concordam com o manuscrito como foi escrito.
Durante o período de estudo de seis meses, um total de 30 pacientes foram selecionados. Dois pacientes foram excluídos após a coleta de medula óssea: um paciente devido à doença arterial coronariana detectada durante a cateterização e outro devido a problemas técnicos com o equipamento de cateterização cardíaca, o que impediu a injeção.
As características basais da população estudada são descritas na
Não houve complicações diretamente relacionadas à aspiração de conteúdo da medula óssea ou injeção de células. Uma média de 2,4 ± 1,2 x 108 células foram injetadas nas artérias coronárias. Testes de viabilidade mostraram que 96 ± 6,5 % das células eram viáveis no momento da injeção. Nenhuma alteração significante nos marcadores de necrose miocárdica em 24 horas ou alterações eletrocardiográficas sugestivas de isquemia ou infarto ocorreu.
A fim de verificar se o implante miocárdico de células-tronco estava associado com arritmias, o perfil arritmogênico foi avaliado através do numero total de contrações ventriculares prematuras em 24 horas, bem como seu padrão de recorrência e agrupamento. Nenhuma alteração significante foi encontrada no perfil arritmogênico (
Houve quatro mortes durante o período de seis meses de seguimento: paciente 04, sexo masculino, idade 37, hemorragia pulmonar e insuficiência respiratória; paciente 16, sexo feminino, idade 34, morte súbita; paciente 27, idade 69, sexo masculino, insuficiência cardíaca terminal; paciente 7, idade 67, infecção respiratória complicada por insuficiência renal e choque). Nenhuma associação causal direta foi encontrada entre as mortes e o transplante de células. Não houve neoplasias, doenças hematológicas, coagulopatias, ou qualquer outro tipo doença que pudesse ser atribuído à injeção de células ou seu implante.
A função ventricular, avaliada pela FEVE, mostrou uma melhora significante, embora pequena, seis meses após o procedimento (
A QV avaliada pelo Questionário de Minnesota mostrou uma melhora acentuada no escore global após seis meses (
A capacidade funcional, medida pela distância percorrida no TC6M, mostrou uma melhora significante, embora pequena, após seis meses (
Uma diminuição significante na classe funcional média da NYHA foi observada após seis meses (
A análise bioquímica mostrou um aumento acentuado na concentração de sódio sérico durante o seguimento do estudo (
Entretanto, uma análise das concentrações de vasopressina não mostrou qualquer alteração significante, das suas concentrações basais a 180 dias depois (193 ± 53 para 182 ± 44 pg/ml, p = 0,38). Houve uma tendência de aumento nos níveis de BNP (507 ± 523 para 720 ± 515 pg/ml; p = 0,055), a qual não foi acompanhada por outras evidências de congestão ou deterioração de função ventricular.
Uma análise do
Nenhuma diferença significante nos níveis plasmáticos das citoquinas IL-1-beta (12 ± 14 para 13 ± 13 pg/ml, p = 0,54) e IL-6 (40 ± 74 para 28 ± 48 pg/ml, p = 0,21), bem como nos níveis de TNF-alfa (3,4 ± 3,5 para 3,8 ± 4,2 pg/ml, p = 0,38) foi observada.
Esse estudo demonstra que a terapia celular realizada através de injeção intracoronariana de células mononucleares derivadas de medula óssea autóloga é viável, segura e parece ser efetiva em pacientes com IC avançada causada por DC.
Nesses pacientes selecionados, com IC grave, estável e adequadamente tratados, o procedimento foi bem tolerado e não foram observados arritmias, dano agudo ao miocárdio ou deterioração do desempenho cardíaco após a injeção de células nas artérias coronárias. Esse achado é de grande relevância, considerando que estudos anteriores que utilizaram células-tronco de músculo esquelético (células-satélite) apresentaram preocupações a respeito do desenvolvimento de arritmias em pacientes que foram submetidos a esse tipo de terapia celular2,3.
A despeito de estarem recebendo tratamento otimizado com regime multidrogas em doses adequadas, a CF dos pacientes e sua QV estavam gravemente comprometidas. Entretanto, houve melhoras consistentes em vários dos parâmetros avaliados. A QV melhorou de maneira consistente, como demonstrado pela avaliação feita através do questionário de Minnesota, o que reflete não apenas os parâmetros referentes à dispnéia, mas também os aspectos emocionais, psicológicos, econômicos e profissionais. O mesmo é verdadeiro em relação à variáveis mais objetivas, como a distância percorrida durante o teste de caminhada de 6 minutos, que mede a capacidade de exercício em níveis sub-máximos. Consistente com as variações mencionadas acima, houve uma melhora significante na CF, avaliada através da classificação da NYHA.
Os aumentos na FEVE foram similares àqueles descritos em estudos anteriores. Duas recentes revisões sistemáticas e meta-análises sobre terapia celular intracoronariana mostraram que esse tipo de terapia resulta em um aumento modesto, embora significante, na FEVE, quando comparado com controles (3 para 4%)5,6. No presente estudo, a FEVE média aumentou 5%, correspondendo a aproximadamente 20% do aumento relativo, já que a FEVE de nossos pacientes era significantemente mais baixa. A questão se um pequeno aumento na FEVE é de importância clínica é um assunto importante. A maioria das intervenções salvadoras na cardiologia não aumenta a fração de ejeção de forma substancial. Os mecanismos por trás da melhora no desempenho ventricular são uma questão a ser debatida. Dados recentes indicam que as células derivadas de medula óssea adotam características hematopoiéticas maduras7,8. Outro mecanismo proposto é que o TCDMO pode exercer efeitos anti-apoptóticos parácrinos, induzindo modificações no ambiente imune8.
Considerando a bem-conhecida dificuldade em controlar a hiponatremia com o tratamento usual, é digno de nota a observação da normalização do sódio sérico elevado nesse estudo7,8. O mecanismo de correção parece ser independente do nível de estímulos de vasopressina, considerando que os níveis séricos de vasopressina permaneceram elevados e precisam ser avaliados em outros estudos.
Um achado interessante de nosso estudo foi o comportamento dos níveis de BNP. A nível basal, os níveis de BNP estavam elevados, embora quando considerada a gravidade da IC, seria esperado que estivessem ainda mais altos7,8.
De certa forma surpreendente foi o fato de que, a despeito da melhora clínica consistente observada através de vários parâmetros, seus níveis não diminuíram de forma correspondente. Há alguma documentação demonstrando que, ocasionalmente, em ventrículos gravemente comprometidos, o nível de BNP pode não aumentar como esperado7. Os mecanismos considerados nessa situação podem implicar uma possível exaustão dos cardiomiócitos em produzir o BNP. Seguindo a mesma linha de pensamento, talvez o que tenhamos observado esteja de alguma forma relacionada a algum grau de regeneração de cardiomiócitos, re-estabelecendo sua capacidade de produzir BNP, apesar da melhora clínica parcial. Entretanto, não podemos excluir a possibilidade da regeneração de outros componentes celulares que tenham contribuído para esse fato7.
Sabe-se que a inflamação tem um papel principal na patogênese da DC9. Entretanto, em nosso estudo, os biomarcadores inflamatórios não mostraram alteração em resposta ao TCDMO. Esse achado sugere que a terapia celular não teve efeito sobre os mecanismos de inflamação ou então, outras fontes de hiperprodução dessas substancias não são afetadas pela técnica utilizada. É interessante registrar, entretanto, que os níveis de MMP-2 aumentaram após o TCDMO, o que pode se correlacionar com o aumento do turnover do colágeno7,8.
Considerando as características do presente estudo, um estudo pioneiro de fase 1, a eficácia do procedimento deve ser avaliada em um desenho mais adequado, o qual idealmente incluirá um grupo controlado por placebo para fins de comparação.
De qualquer forma, demonstramos em seres humanos com IC avançada causada por Doença de Chagas, o uso potencial de uma nova forma de terapia que precisa ser confirmada por observações futuras. Um estudo multicêntrico, randomizado, controlado por placebo, para testar os efeitos do TCDMO em IC chagásica em 300 pacientes, está atualmente incluindo pacientes9.
Os autores gostariam de agradecer a importante contribuição de Cristiane Carvalho e Aline Bernandes, do Hospital Santa Izabel e Daniele Brustollim do Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz, por sua ajuda na seleção dos pacientes, coleta de dados e manuseio de amostras biológicas.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Fábio Vilas-Boas Pinto Av. Sete de Setembro, 4161 - Barra 41140-900 - Salvador, BA - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 10/08/10; revisado recebido em 13/10/10; aceito em 19/10/10.
BACKGROUND: Heart failure due to Chagas' disease (HFCD) is a progressive inflammatory cardiomyopathy that affects millions of individuals in Latin America. Studies using mice models of HFCD indicate that bone marrow mononuclear cell transplantation (BMCT) may reduce inflammation, fibrosis, and improve myocardial function. OBJECTIVE: The purpose of this study was to evaluate, for the first time in humans, the safety and efficacy of BMCT to the myocardium of patients with HFCD. METHODS: A total of 28 HFCD patients (mean age 52.2 ± 9.9 years) with NYHA class III and IV were submitted to BMCT through intracoronary injection. Effects on the left ventricle ejection fraction (LVEF), functional capacity, quality-of-life, arrhythmias, biochemical, immunological, and neuro-humoral parameters, were evaluated. RESULTS: There were no complications directly related to the procedure. LVEF was 20.1 ± 6.8% and 28.3 ± 7.9%, p < 0.03 at baseline and 180 days after the procedure, respectively. In the same period, significant improvements were observed in the NYHA class (3.1 ± 0.3 to 1.8 ± 0.5; p < 0.001), quality-of-life (50.9 ± 11.7 to 25.1 ± 15.9; p < 0.001), and in the six-minute walking test (355 ± 136 m to 437 ± 94 m; p < 0,01). There were no changes in markers of immune or neurohormonal activation. No complications were registered. CONCLUSION: Our data suggest that the intracoronary injection of BMCT is safe and potentially effective in patients with HFCD. The extent of the benefit, however, appears to be small and needs to be confirmed in a larger randomized, double blind, placebo controlled clinical trial.
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Chagas' disease is caused by a protozoan called
The actual finding of the parasite at this late stage of the disease is infrequent, although the use of highly sensitive techniques allows the recognition of parts of the parasite in the myocardium1. This finding and others suggest that an autoimmune process plays a major role in the chronic phase of the disease1,2. In the advanced stage of the disease, the prognosis is poor and a relentless progression to the refractory condition is frequently observed, despite the current therapeutic armamentarium1,2.
With the recent progress in bone marrow cell transplantation (BMCT) directed at ischemic heart disease1-3, our attention was directed towards the possibility of employing the same technique in Chagas' heart disease. Experimentally, it has been demonstrated that in mice chronically infected with the Colombian strain of
Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) induces mobilization of bone marrow stem cells to the peripheral blood, making a greater number of stem cells available for injury repair1. Thus, both the previous experience with BMCT in ischemic heart disease, and the experimental results with Chagas' disease model, set the stage for our phase 1, pilot trial, of BMCT in human cases of advanced Chagas' heart disease1,2.
From June 2003 to June 2006, we conducted a phase-1, open-label clinical trial to test the feasibility, safety, and potential efficacy of bone marrow cell transplantation to the myocardium of patients with heart failure due to chagasic cardiomyopathy. Subjects included in the study were of both genders, ranging from 20 to 70 years, with CHF due to Chagas' disease, LV ejection fraction < 40% at the echocardiogram, functional class III and IV (NYHA), receiving optimal medical therapy for CHF, and who had remained stable in this condition for at least one month prior to the investigational procedures.
Patients were excluded if they had associated systemic conditions that could have an impact either on the treatment results or the procedure analyses. These included infections or neoplasias, autoimmune diseases, previous hematologic diseases; liver diseases; moderate renal failure (creatinine above 2 mg/dl); implantation of biventricular resynchronization pacemaker during the previous 90 days; women of childbearing potential, and patients with coronary artery disease detected by coronary angiography.
At baseline, a clinical evaluation was performed, and the following clinical data and variables were recorded: a) NYHA functional class, b) quality-of-life score based on the "Minnesota Living With Heart Failure Questionnaire'1; c) hematological and biochemical variables; d) twelve-lead electrocardiogram; e) transthoracic echocardiogram; f) six-minute walking test2; g) 24-hour Holter monitoring. After the procedure, patients were referred to the Intensive Care Unit, where they were monitored for at least 24 hours. In case of an uneventful evolution, they were transferred to the regular ward where they remained for a minimum of five days. All evaluations were repeated after 180 days.
To check for any possible myocardial damage caused by the bone marrow cell injection, serial measurements (every six hours during the first 24 hours) of myocardial damage markers (CK-MB and troponin I), as well as electrocardiograms, were performed. To investigate the development of cardiac arrhythmias as a complication of the cell injection, patients underwent ambulatory electrocardiography (Holter) 24 hours before the procedure and periodically thereafter.
The protocol was approved by the Institution's Ethics Review Board and by the Brazilian National Committee for Ethics in Research. Patients were included in the study only after being fully informed about all study procedures and signing the informed consent.
Patients were referred to the cath lab after overnight fasting. A total of 50 ml of bone marrow content was aspirated from every patient through five punctures in both the right and left posterior iliac crest, under local anesthesia and intravenous sedation. The harvested aspirate was filtered to remove bone marrow debris, such as fat and bone fragments (stainless steel mesh, Washington University), and centrifuged by Ficoll Hystopaque gradient (Amersham Pharmacia, a product licensed for clinical use in humans). The isolated mononuclear cell fraction was then diluted in sterile saline and centrifuged again. One sample was used for cell count and viability test. At the end of the process, samples were diluted in 20 ml of saline. Immediately before the intracoronary injection, patients underwent left heart catheterization by the femoral approach followed by coronary angiography. Patients were excluded if a stenosis greater than 50% was seen in any coronary artery. The solution containing the cells was slowly injected, over 10 minutes, into the right and left coronary system: 10 ml into the left anterior descending artery, 5 ml into the right coronary artery, and 5 ml into the left circumflex artery.
Twenty-five days later, the patients received daily subcutaneous injections of human G-CSF (GranulokineTM) for five days, at a dose of 5 µg/kg/day.
The six-minute walking test was performed according to the protocol used by Bitner et al4 in the SOLVD study. After a fifteen-minute rest, a new test was carried out, and the average of the distances walked in the two tests was used as the result. Quality of life was assessed by the "Living with Heart Failure Questionnaire'. All interviews were done by the same research nurse. Echocardiographic studies were conducted by the same observer, blinded to previous exams and to the status of the patient in the protocol. Left ventricular ejection fraction was calculated according to the modified Simpson's rule2.
TNF-alpha, IL-1-beta, IL-6, MMP-2 and MMP-9 were analyzed using commercially available immunoassay kits (Quantikine, R&D Systems, Minneapolis, MN, USA). Vasopressin was analyzed using an EIA assay kit (Ann Arbor, MI, USA). For BNP, we used a rapid fluorescence immunoassay (Biosite Diagnostics Incorporated, San Diego, California, USA). All other biochemical and hematological tests were carried out using commercially available kits.
Statistical analysis was performed using SPSS (Statistical Package for Social Sciences) for Windows version 9.0. Continuous variables were presented as mean ± standard deviation. Variable distribution was assessed by the Kolmogorov-Smirnov test. Since variables were not normally distributed, non-parametric tests were carried out. All comparisons were two-tailed. P values < 0.05 were considered statistically significant.
The authors had full access to the data and take responsibility for their integrity. All authors have read and agreed to the manuscript as written.
During the 6-month study period, a total of 30 patients were selected. Two patients were excluded after bone marrow collection: one patient due to coronary artery disease detected by catheterization and the other due to technical problems with the heart catheterization equipment that prevented the injection.
The baseline characteristics of the studied population are described in
There were no complications directly related to either bone marrow aspiration or cell injection. An average of 2.4 ± 1.2 x 108 cells was injected into the coronary arteries. Viability tests showed that 96 ± 6.5 % of the cells were viable at the time of the injection. Neither significant changes in myocardial necrosis markers in 24 hours nor electrocardiographic changes suggestive of ischemia or infarction occurred.
In order to check if the myocardial implantation of stem cells was associated with arrhythmias, the arrhythmogenic profile was evaluated through the total number of premature ventricular contractions in 24 hours, as well as their clustering and recurrence pattern. No significant change was found in the arrhythmogenic profile (
There were four deaths during the six-month follow-up (patient 04, male, age 37, pulmonary hemorrhage and respiratory failure; patient 16, female, age 34, sudden death; patient 27, age 69, male, end-stage heart failure; patient 7, age 67, respiratory infection, complicated by renal failure and shock). No direct causal association was found between the deaths and cell transplantation. There were no neoplasias, hematological diseases, coagulopathies or any other kind of disease that could be attributed to the cell injections or their implantation.
Ventricular function, evaluated by left ventricular ejection fraction showed a significant, although small, improvement six months after the procedure (
Quality of life assessed by the Minnesota Living with Heart Failure questionnaire revealed a marked improvement in the global score at 6 months (
Functional capacity, as measured by the distance walked during six-minute test, showed a small, but significant improvement, at six months (
A significant decrease in mean NYHA functional class was observed after six-months (
The biochemical analysis showed a marked increase in serum sodium concentration during the study follow-up (
There was a trend towards an increase in BNP levels (507 ± 523 to 720 ± 515 pg/ml; p = 0.055), that was not accompanied by any other evidence of congestion or deterioration of ventricular function.
An analysis of the turnover of the extracellular matrix revealed a significant increase in MMP-2 levels (
No significant differences in plasma levels of the cytokines IL-1-beta (12 ± 14 to 13 ± 13 pg/ml, p = 0.54) and IL-6 (40 ± 74 to 28 ± 48 pg/ml, p = 0.21), as well as in TNF-alpha levels (3.4 ± 3.5 to 3.8 ± 4.2 pg/ml, p = 0.38) were observed.
This study demonstrates that cell therapy carried out as an intracoronary injection of mononuclear cells derived from autologous bone marrow is feasible, safe, and appears to be effective in patients with advanced heart failure caused by Chagas' disease.
In these selected patients, with severe, stable and well treated heart failure, the procedure was well tolerated, and no arrhythmias, acute myocardial injury nor deterioration of cardiac performance was observed following the injection of cells into the coronary arteries. This finding is of great relevance, as previous studies using skeletal muscle stem cells (satellite cells) have raised concerns regarding the development of arrhythmias in patients that underwent this kind of cell therapy2,3.
Despite being on optimal treatment and multi-drug regimen in optimal doses, patients' functional capacity and quality of life remained severely impaired. However, there were consistent improvements in several of the evaluated parameters. Quality of life improved consistently, as evaluated by the Minnesota questionnaire, which reflects not only dyspnea parameters, but also emotional, psychological, economic, and professional aspects. The same was true regarding more objective variables, as distance covered during the six-minute walk test, which measures exercise capacity at sub-maximal levels. Consistent with the variations mentioned above, there was a significant improvement in functional capacity, as assessed by the NYHA classification.
LVEF increments were similar to those described in previous studies. Two recent systematic reviews and meta-analysis of intracoronary cell therapy found that this kind of therapy results in a modest, yet significant, increase in LVEF compared with control (3 to 4%)5,6. In the present study, mean LVEF increased 5%, corresponding to approximately 20% of relative increase, as LVEF of our patients was significantly lower. The issue of whether a small increase in LVEF is of clinical significance is an important question. Most of the life-saving interventions in cardiology do not substantially increase ejection fraction. The mechanisms behind the improvement in ventricular performance are a matter of debate. Recent data indicate that bone marrow-derived cells adopt mature hematopoietic characteristics7,8. Another proposed mechanism is that BMCT may exert paracrine antiapoptotic effects, inducing modifications in the immune milieu8.
Considering the well-known difficulty in controlling hyponatremia with usual treatment, it is noteworthy the observation of normalization of serum sodium observed in this study7,8. The mechanism of correction appears to be independent from the level of vasopressin stimuli, considering that the vasopressin serum level remained elevated and remains to be evaluated in other experiments.
An interesting finding in our study was the behavior of BNP. At baseline, BNP level was markedly elevated, albeit when considering the severity of the heart failure, it would be expected to be even higher7,8. What was somewhat puzzling was the fact that despite the consistent clinical improvement observed by several parameters, its level did not decrease accordingly. There are some documentations demonstrating that occasionally, in very severely compromised ventricles, the BNP level might not rise as expected7. Mechanisms speculated in this regard may imply the possible exhaustion of cardiomyocytes to produce BNP. Along the same line of speculation, perhaps what we have seen is related to some degree of cardiomyocyte regeneration reestablishing its capacity to produce BNP, despite the partial clinical improvement. However, we cannot exclude the possibility of other cellular component regeneration contributing to this fact7.
It's well known that inflammation plays a major role in the pathogenesis of Chagas' disease9. However, in our study, inflammatory biomarkers did not change in response to BMCT. This finding suggests that the cell therapy has no effect on the mechanisms of inflammation or else, other sources of hyperproduction of these substances are not affected by the utilized technique. It is interesting to register, however, that MMP-2 levels increased after BMCT, which might correlate with increased collagen turnover7,8.
Considering the characteristics of the present study, a pioneer, phase 1 study, the efficacy of the procedure must be evaluated in a more appropriate design, which will ideally include a placebo-control group for comparison. Nonetheless, we have demonstrated in human beings with severe advanced heart failure caused by Chagas' disease, the potential use of a new form of therapy that must be confirmed by other observations in the future. A multicenter randomized placebo-controlled study to test the effects of BMCT in Chagas' disease heart failure involving 300 patients is currently including patients9.
The authors wish to acknowledge the outstanding collaboration of Cristiane Carvalho RN, Aline Bernandes RN from Hospital Santa Izabel and Daniele Brustollim BS from Gonçalo Moniz Research Center, for assisting in patient selection, data collection and handling of biological specimens.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any post-graduation program.
FUNDAMENTO: La insuficiencia cardíaca (IC), causada por la enfermedad de Chagas (EC), es una cardiomiopatía inflamatoria progresiva que afecta a millones de personas en Latinoamérica. Estudios con modelos experimentales de IC en razón de la EC, nos indican que el transplante de células mononucleares derivadas de la médula ósea (TCMO), puede reducir la inflamación y la fibrosis, mejorando así la función miocárdica. OBJETIVO:El objetivo de este estudio fue evaluar, por primera vez en seres humanos, la seguridad y la eficacia del TCMO en el miocardio de pacientes con IC debido a la EC. MÉTODOS:Fueron estudiados un total de 28 pacientes con IC debido a la EC (con edad promedio 52,2 ± 9,9 años), en clases funcionales III y IV (NYHA), al TCMO por medio de una inyección coronaria. Se evaluaron los efectos en la fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI), capacidad funcional, calidad de vida, arritmias y parámetros bioquímicos, inmunológicos y neurohumorales. RESULTADOS:No se registraron complicaciones relacionadas directamente con el procedimiento. La FEVI pasó de 20,1 ± 6,8% para 28,3 ± 7,9%, p < 0,03, cuando se comparó con el período basal y 180 días después del procedimiento, respectivamente. En el mismo período, también se observaron mejorías en la clase funcional NYHA promedio (3,1 ± 0,3 para 1,8 ± 0,5; p < 0,001), puntuación de calidad de vida de Minnesota (50,9 ± 11,7 para 25,1 ± 15,9; p < 0,001), y en el test de esfuerzo de seis minutos (355 ± 136 m para 437 ± 94 m; p < 0,01). No hubo alteraciones en los marcadores de activación inflamatoria o neurohormonales. Ninguna complicación fue registrada. CONCLUSIÓN:Nuestros datos sugieren que la inyección intracoronaria de las células derivadas de la médula ósea es segura y potencialmente efectiva en pacientes con IC debido a la EC. La extensión del beneficio, sin embargo, parece ser discreta, y necesita ser confirmada en los ensayos clínicos randomizados, doble ciegos, controlados con placebo.
IHospital Santa Izabel da Santa Casa de Misericórdia da Bahia, Salvador, BA - Brasil
IICentro de Pesquisas Gonçalo Moniz - FIOCRUZ/BA, Salvador, BA - Brasil
Correspondencia
La enfermedad de Chagas (EC), la causa el protozoo
Con el reciente avance de la técnica de transplante de células derivadas de la médula ósea (TCMO), que está dirigido a la enfermedad cardíaca isquémica12-14, surgió la posibilidad de usar la misma técnica en la enfermedad cardíaca de Chagas. A modo de experimento, se ha venido demostrando que en los ratones que están crónicamente infectados con la cepa colombiana de
El factor de estimulación de colonias de granulocitos (G-CSF), induce a la movilización de las células tronco de la médula ósea hacia la sangre periférica, haciendo con que un gran número de células tronco queden disponibles para la reparación de los daños17. De esa forma, la experiencia anterior con TCMO en la enfermedad cardíaca isquémica, como también en los resultados experimentales con el modelo de la EC, diseñó así el escenario para nuestro estudio piloto de fase 1, con el uso de TCMO en seres humanos con cardiopatía de la Enfermedad de Chagas avanzada18,19.
Realizamos un estudio clínico en abierto, de fase 1 para comprobar la viabilidad, la seguridad y la eficiencia potencial del transplante de células derivadas de la médula ósea hacia el miocardio, de pacientes con insuficiencia cardíaca (IC), causada por cardiomiopatía de la Enfermedad de Chagas. Los individuos incluidos en el estudio, pertenecían a los dos sexos, con una edad que variaba entre los 20 y los 70 años, e IC causada por EC, con fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) < 40% en el ecocardiograma, clases funcionales III y IV (NYHA) en terapia médica optimizada para IC, y que habían permanecido estables en esa condición por lo menos un mes antes del inicio de los procedimientos de investigación.
Los pacientes excluidos presentaban condiciones sistémicas que podrían impactar en los resultados del tratamiento o en los análisis de los procedimientos de investigación. Esas condiciones incluían infecciones o neoplasias, enfermedades autoinmunes, enfermedades hematológicas previas, enfermedades hepáticas, insuficiencia renal moderada (creatinina > 2 mg/dl), implante de marcapaso biventricular para la resincronización cardíaca en los 90 días anteriores al inicio del estudio, mujeres en edad fértil, y pacientes con enfermedad arterial coronaria detectada por cineangiocoronariografía.
Una evaluación clínica fue realizada en el período basal y quedaron registrados los siguientes datos clínicos y variables: a) clase funcional (CF) de la NYHA; b) puntuación de calidad de vida medido por el cuestionario
Para verificar cualquier posibilidad de daño miocárdico causado por la inyección de células de médula ósea, se realizaron mensuraciones seriadas (a cada seis horas durante las primeras 24 horas), de marcadores de daño miocárdico (CK-MB y troponina I), y también electrocardiograma. Para investigar el desarrollo de las arritmias cardíacas como complicación de la inyección de células, los pacientes se sometieron a la electrocardiografía ambulatorial (Holter), de 24 horas antes del procedimiento y periódicamente después de él.
El protocolo del estudio fue aprobado por el Comité de Ética de la institución y por la Comisión Nacional de Ética en Investigación. Los pacientes quedaron incluidos en el estudio solamente después de haber sido totalmente informados sobre sus procedimientos y después de firmar el Término de Consentimiento Informado.
Los pacientes fueron derivados al laboratorio de cateterismo después de un ayuno de 12 horas. Una muestra de 50 ml de contenido de la médula ósea fue aspirada de cada paciente a través de 5 punciones en las crestas ilíacas posteriores derecha e izquierda, bajo anestesia local y sedación intravenosa. El contenido aspirado recogido se filtró para la retirada de restos celulares (
Al finalizar el proceso, las muestras se diluyeron en 20 ml de solución fisiológica. Inmediatamente antes de la inyección intracoronaria, los pacientes se sometieron al cateterismo cardiaco izquierdo por vía femoral, seguida de angiografía coronaria. Los pacientes quedaron excluidos si se detectase estenosis > 50% en cualquier arteria coronaria. La solución conteniendo las células fue inyectada lentamente durante 10 minutos en el sistema coronario izquierdo y derecho: 10 ml en la arteria descendiente anterior izquierda, 5 ml en la arteria coronaria derecha y 5 ml en la arteria circunfleja izquierda.
Veinte y cinco días después, los pacientes recibieron inyecciones diarias subcutáneas de G-CSF (Granulokine®) humano durante cinco días en una dosis de 5 mcg/kg/día.
El test de esfuerzo de 6 minutos (TC6M), fue realizado a tono con el protocolo utilizado por Bitner et al21 en el estudio SOLVD. Después de un período de reposo de 15 minutos, un nuevo test fue realizado y el promedio de las distancias de las carreras en los dos test se usó como resultado. La calidad de vida (CV) se evaluó a través del cuestionario de Minnesota (
Los TNF-alfa, IL-1-beta, IL-6, MMP-2 y MMP-9 fueron analizados a través de kits de inmunoensayo a disposición comercialmente (Quantikine, R&D Systems, Minneapolis, MN, EUA). La vasopresina se analizó por medio del kit EIA (Ann Arbor, MI, EUA). El péptido natriurético del tipo B (BNP), fue medido usando el inmunoensayo fluorescente rápido (Biosite Diagnostics Incorporated, San Diego, California, USA). Todos los demás test bioquímicos y hematológicos fueron hechos utilizando los kits a disposición comercialmente.
El análisis estadístico fue realizado utilizando el
Los autores tuvieron un acceso total a los datos y son los responsables de su integridad. Todos los autores leyeron y estuvieron de acuerdo con el manuscrito de la forma en que se redactó.
Durante el estudio que duró seis meses, fueron seleccionados un total de 30 pacientes. Dos pacientes quedaron fuera del estudio después de la aspiración de la médula ósea. A continuación las razones: un paciente, debido a enfermedad arterial coronaria detectada durante el cateterismo, y otro a causa de problemas técnicos con el equipo de cateterismo, lo que impidió la inyección.
Las características basales de la población estudiada aparecen descritas en la
No hubo complicaciones directamente relacionadas con la aspiración del contenido de la médula ósea o con la inyección de células. Un promedio de 2,4 ± 1,2 X 108 células se inyectaron en las arterias coronarias. Los test de viabilidad indicaron que 96 ± 6,5 % de las células eran viables al momento de la inyección. No fueron observadas alteraciones significativas en los marcadores de necrosis miocárdica en 24 horas, o alteraciones electrocardiográficas sugestivas de isquemia o infarto.
Para verificar si el implante miocárdico de células tronco estaba asociado a las arritmias, el perfil arritmogénico se evaluó a través del numero total de extrasístoles ventriculares en 24 horas, como también su estándar de recurrencia y de agrupamiento. Ninguna alteración significativa se encontró en el perfil arritmogénico (
Cuatro muertes sobrevinieron durante el período de seis meses de acompañamiento: paciente 04, sexo masculino, edad 37, hemorragia pulmonar e insuficiencia respiratoria; paciente 16, sexo femenino, edad 34, muerte súbita; paciente 27, edad 69, sexo masculino, insuficiencia cardíaca terminal; paciente 7, edad 67, infección respiratoria complicada por insuficiencia renal y choque. Ninguna asociación causal directa se estableció entre las muertes y el transplante de las células. No hubo neoplasias, enfermedades hematológicas, coagulopatías, o ningún otro tipo de enfermedad que pudiese ser atribuida a la inyección de células o a su implante.
La función ventricular evaluada por la FEVI, mostró una mejoría significativa, aunque pequeña, seis meses después del procedimiento (
La CV evaluada por el Cuestionario de Minnesota, arrojó una acentuada mejoría en la puntuación global después de seis meses (
La capacidad funcional, medida por la distancia recorrida en el TC6M, mostró una mejoría significativa, aunque fuese pequeña, después de seis meses (
Una reducción significativa en la clase funcional promedio de la NYHA fue observada después de seis meses (
El análisis bioquímico indicó un aumento acentuado en la concentración de sodio sérico durante el acompañamiento del estudio (
Sin embargo, un análisis de las concentraciones de vasopresina no mostró ninguna alteración significativa de sus concentraciones basales después de 180 días (193 ± 53 para 182 ± 44 pg/ml, p = 0,38). Hubo una tendencia en el aumento de los niveles de BNP (507 ± 523 para 720 ± 515 pg/ml; p = 0,055), que no estuvo acompañada de otras evidencias de congestión o deterioración de la función ventricular.
Un análisis del recambio (
No se comprobó diferencia significativa en los niveles plasmáticos de las citocinas IL-1-beta (12 ± 14 para 13 ± 13 pg/ml, p = 0,54) e IL-6 (40 ± 74 para 28 ± 48 pg/ml, p = 0,21), como tampoco en los niveles de TNF-alfa (3,4 ± 3,5 para 3,8 ± 4,2 pg/ml, p = 0,38).
Este estudio demuestra, que la terapia celular realizada a través de la inyección intracoronaria de células mononucleares derivadas de la médula ósea autóloga es viable, segura y parece ser efectiva en pacientes con IC avanzada causada por EC.
En esos pacientes seleccionados con IC grave, estable y tratados adecuadamente, el procedimiento fue bien tolerado y no se observaron arritmias, daños agudos en el miocardio o deterioración de la función cardíaca después de la inyección de células en las arterias coronarias. Ese hallazgo es muy importante, si tenemos en cuenta estudios anteriores que utilizaron células tronco del músculo esquelético (células satélite), en que hubo cuestionamientos respecto del desarrollo de arritmias en pacientes que se sometieron a ese tipo de terapia celular23,24.
Pese a estar recibiendo tratamiento optimizado en dosis adecuadas, la CF de los pacientes y su CV, estaban gravemente comprometidas. Sin embargo, se detectaron consistentes mejorías en varios parámetros evaluados. La CV mejoró de manera consistente, como quedó ejemplificado por medio de la evaluación hecha en el cuestionario de Minnesota, reflejando no solo, los parámetros referentes a la disnea, sino también los aspectos emocionales, psicológicos, económicos y profesionales. Eso también vale con relación a las variables más objetivas, como la distancia recorrida durante el test de esfuerzo de 6 minutos, que mide la capacidad de ejercicio a niveles submáximos. De acuerdo con las variaciones antes mencionadas, se registró una mejoría significativa en la CF evaluada a través de la clasificación de la NYHA.
Los aumentos en la FEVI fueron similares a los descritos en estudios anteriores. Dos revisiones recientes sistemáticas y meta-análisis sobre terapia celular intracoronaria, mostraron que ese tipo de terapia trae como resultado un aumento modesto, aunque sea significativo, de la FEVI, cuando se le compara con los controles (3% a 4%)25,26. En el presente estudio, la FEVI promedio aumentó un 5%, correspondiendo a aproximadamente un 20% del aumento relativo, ya que la FEVI de nuestros pacientes era significativamente más baja. Si un pequeño aumento en la FEVI tiene importancia clínica, es un tema relevante. La mayoría de las intervenciones que reducen la mortalidad en cardiología, no aumenta la fracción de eyección de forma ostensible. Los mecanismos que subyacen a la mejoría en el desempeño ventricular son una cuestión que todavía queda por debatir. Hay datos recientes que indican que las células derivadas de la médula ósea adoptan características hematopoyéticas maduras27,28. Otro mecanismo propuesto es que el TCMO puede ejercer efectos antiapoptóticos paracrinos, induciendo a modificaciones en el ambiente inmune29.
Teniendo en cuenta la muy conocida dificultad en controlar la hiponatremia con el tratamiento usual, es digna de destaque la observación sobre la normalización del sodio sérico en este estudio30,31. El mecanismo de corrección parece ser independiente del nivel de estímulos de vasopresina, considerando que los niveles séricos de vasopresina permanecieron elevados y que esas observaciones necesitan ser evaluadas en otros estudios.
Un hallazgo interesante de nuestro estudio fue el comportamiento de los niveles de BNP. Los niveles basales de BNP estaban elevados, aunque si se tenía en cuenta la gravedad de la IC, se esperaría que estuviesen todavía más altos32,33. De cierta forma y sorprendentemente, vimos que, pese a la consistente mejoría clínica observada a través de varios parámetros, sus niveles no se redujeron de forma equitativa. Existe alguna documentación demostrando que, ocasionalmente, y en ventrículos gravemente comprometidos, el nivel de BNP puede no aumentar como se espera34. Los mecanismos considerados en esa situación pueden incluir un posible agotamiento de los cardiomiocitos en producir el BNP. Continuando en la misma línea de razonamiento, tal vez lo que hayamos visto esté de alguna forma relacionado con algún grado de regeneración de cardiomiocitos, reestableciendo su capacidad de producir BNP, a pesar de la mejoría clínica parcial. Sin embargo, no podemos excluir la posibilidad de la regeneración de otros componentes celulares que hayan contribuido para ese hecho35.
Se conoce que la inflamación tiene un papel principal en la patogénesis de la EC8. Pero en nuestro estudio, los biomarcadores inflamatorios no indicaron alteración en la respuesta al TCMO. Ese hallazgo indica que la terapia celular no surtió efecto sobre los mecanismos de inflamación o que otras fuentes de hiperproducción de esas sustancias no se afectan por la técnica utilizada. Es interesante registrar, también, que los niveles de MMP-2 aumentaron después del TCMO, lo que puede correlacionarse con el aumento del recambio (
Considerando las características del presente estudio pionero de fase 1, la eficiencia del procedimiento debe ser evaluada dentro de una visión más adecuada, y lo ideal es que incluya a un grupo controlado por placebo para fines de comparación.
De cualquier manera, hemos demostrado en seres humanos con IC avanzada causada por Enfermedad de Chagas, el uso potencial de una nueva forma de terapia que necesita ser confirmada por medio de observaciones futuras38.
A los autores les gustaría agradecer el importante aporte de Cristiane Carvalho y de Aline Bernandes del Hospital Santa Isabel, y Daniele Brustollim del Centro de Investigación Gonçalo Moniz, por su valiosa ayuda en la selección de los pacientes, en la recolección de los datos y en el manoseo de las muestras biológicas.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El estudio contó con la financiación de las siguientes instituciones: Fundación de Amparo a la Investigación del Estado de Bahia (FAPESB); Financiadora de Estudios y Proyectos (FINEP), Consejo Nacional de Investigación (CNPq), y el Instituto del Milenio de Bioingeniería Tisular (IMBT).
No hay vinculación de este estudio a programas de postgrado.