Empagliflozyna zmniejsza uszkodzenia narządów po niedokrwieniu – wyniki badań

Jak zaprojektowano badania in vivo?

Metodyka badania naukowego obejmowała dwa oddzielne eksperymenty przeprowadzone na szczurach rasy Sprague-Dawley. W pierwszym badano wpływ empagliflozyny (EMPA) na udar niedokrwienny mózgu, wykorzystując model okluzji tętnicy środkowej mózgu (MCAO) metodą filamentową z 60-minutowym niedokrwieniem i 3-godzinną reperfuzją. W drugim eksperymencie oceniano wpływ EMPA na zawał mięśnia sercowego, stosując model 30-minutowej okluzji lewej tętnicy wieńcowej z 3-godzinną reperfuzją. Oba badania miały charakter randomizowany, kontrolowany, z zastosowaniem podobnych schematów terapeutycznych. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyczną ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Laboratoryjnych w Huntington Medical Research Institutes (HMRI) i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych oraz wytycznymi ARRIVE.

Kto był badany? Badanie przeprowadzono na samcach szczurów Sprague-Dawley o masie około 300 g, podzielonych na trzy grupy: grupę kontrolną (bez leczenia EMPA), grupę leczenia ostrego (dożylne podanie EMPA 10 mg/kg 10 minut przed okluzją i 1 minutę przed reperfuzją) oraz grupę leczenia przewlekłego (EMPA 20 mg/kg/dzień w diecie przez 7 dni przed okluzją). Zwierzęta były utrzymywane w kontrolowanym środowisku o temperaturze 22°C, z cyklem 12-godzinnym światła/ciemności i miały nieograniczony dostęp do pożywienia i wody. W badaniu udaru wykorzystano 47 zwierząt (po 15-16 w każdej grupie), natomiast w badaniu zawału serca przeanalizowano dane od 39 szczurów (po 13 w każdej grupie) po wykluczeniu osobników, które zmarły podczas procedury chirurgicznej (4 w grupie kontrolnej, 4 w grupie ostrej i 1 w grupie 7-dniowej).

Opis badania koncentrował się na ocenie wpływu EMPA na uszkodzenia narządów po niedokrwieniu i reperfuzji. EMPA (nr kat.: HY-15409) zakupiono w MedChemExpress USA. Dla podania dożylnego w grupie 2, EMPA rozpuszczono w dimetylosulfotlenku (DMSO) w stężeniu 10 mg/100 μl i przechowywano w temperaturze -20°C. Roztwór rozcieńczano płynem Ringera przed użyciem. Dla podania w diecie w grupie 3, 0,04% EMPA zmieszano z 99,96% diety laboratoryjnej dla gryzoni.

W modelu udaru mózgu szczury znieczulano dootrzewnowym podaniem ketaminy (90 mg/kg) i ksylazyny (10 mg/kg). Zwierzęta były wentylowane powietrzem z częstością 60 oddechów/min i objętością oddechową 10 ml/kg. Temperaturę ciała utrzymywano w zakresie 37 ± 0,5°C. Ogniskowe niedokrwienie mózgu wywoływano standardową wewnątrznaczyniową okluzją prawej tętnicy środkowej mózgu (MCAO) metodą filamentową. Adekwatne niedokrwienie mózgu potwierdzano ciągłym monitorowaniem przepływu metodą laserowej przepływometrii dopplerowskiej (LDF) oraz elektroencefalografii (EEG). Po 60 minutach MCAO, szew usuwano w celu przywrócenia przepływu krwi na 3 godziny reperfuzji.

W modelu zawału serca niedokrwienie wywoływano przez okluzję lewej tętnicy wieńcowej. Wykonano lewostronną torakotomię na poziomie 4. przestrzeni międzyżebrowej. Otwarto osierdzie, aby odsłonić serce. Szew 4-0 przeprowadzono wokół lewej tętnicy wieńcowej, a końce szwu przepuszczono przez krótką rurkę polietylenową, tworząc pętlę do późniejszej okluzji i reperfuzji tętnicy wieńcowej. Tętnicę wieńcową zamykano na 30 minut, a następnie przywracano przepływ na 3 godziny.

Czy EMPA zmniejsza uszkodzenia narządów?

Wyniki badania wykazały, że zarówno ostre jak i przewlekłe leczenie EMPA znacząco redukowało uszkodzenia mózgu i serca w modelach niedokrwienia/reperfuzji u szczurów bez cukrzycy. W modelu udaru mózgu, objętość zawału była istotnie mniejsza w grupie ostrego leczenia EMPA (60,2 ± 20,1 mm³) i przewlekłego leczenia EMPA (110,1 ± 33,5 mm³) w porównaniu z grupą kontrolną (232,4 ± 40,5 mm³; p=0,005). Podobnie, procentowa wielkość zawału w stosunku do całego mózgu była znacząco zredukowana w grupach leczonych EMPA (3,7 ± 1,2% w grupie ostrej i 6,9 ± 2,1% w grupie przewlekłej) w porównaniu z grupą kontrolną (14,5 ± 2,5%; p=0,005). Obrzęk mózgu był również istotnie zmniejszony w obu grupach terapeutycznych (5,5 ± 0,9% w grupie ostrej i 5,9 ± 0,8% w grupie przewlekłej) w porównaniu z kontrolą (9,6 ± 1,2%; p=0,009).

Badanie przepływu krwi mózgowej wykazało, że wartości bazowe LDF były porównywalne między grupami. Przepływ krwi mózgowej spadał podobnie podczas fazy niedokrwiennej we wszystkich trzech grupach. Jednak 7-dniowe podawanie EMPA w diecie wykazywało tendencję do normalizacji przepływu krwi mózgowej po 3 godzinach reperfuzji do poziomów sprzed niedokrwienia, co sugeruje, że leczenie może zapobiegać uszkodzeniom naczyń mózgowych wywołanym przez niedokrwienie.

W modelu zawału serca, zarówno ostre jak i przewlekłe podanie EMPA znacząco redukowało wielkość zawału (wyrażoną jako procent strefy ryzyka) – 46,9 ± 2,0% w grupie ostrej i 48,8 ± 5,8% w grupie przewlekłej, w porównaniu z 70,0 ± 2,6% w grupie kontrolnej (p=0,005). Podobnie, wielkość strefy “no-reflow” była istotnie mniejsza w grupach leczonych EMPA (36,3 ± 3,3% w grupie ostrej i 33,9 ± 4,3% w grupie przewlekłej) w porównaniu z kontrolą (53,4 ± 3,3%; p=0,012).

Dane hemodynamiczne z tętnicy szyjnej i lewej komory uzyskano za pomocą cewnika Millara w trzech różnych punktach czasowych: na początku eksperymentu w warunkach podstawowych, bezpośrednio przed reperfuzją tętnicy wieńcowej po 30 minutach niedokrwienia mięśnia sercowego oraz po 3 godzinach reperfuzji. Na początku badania przed okluzją tętnicy wieńcowej parametry hemodynamiczne były identyczne we wszystkich trzech analizowanych grupach. Po 30 minutach niedokrwienia, tuż przed reperfuzją tętnicy wieńcowej, ciśnienie końcowo-skurczowe lewej komory (Pes) było znacząco niższe w grupie 7-dniowej w porównaniu z grupą ostrego leczenia. Po 3 godzinach reperfuzji wszystkie wartości hemodynamiczne były porównywalne między trzema grupami.

Echokardiografia przezklatkowa została wykonana przed okluzją tętnicy wieńcowej, 3 minuty przed reperfuzją i 3 godziny po reperfuzji. Nie zaobserwowano istotnych różnic w parametrach echokardiograficznych między grupami, co może wynikać z krótkoterminowej oceny i zjawiska ogłuszonego mięśnia sercowego.

Jak interpretować wyniki i ograniczenia badania?

Wnioski z badania wskazują, że empagliflozyna wykazuje istotne działanie neuroprotekcyjne i kardioprotekcyjne w modelach niedokrwienia/reperfuzji u organizmów bez cukrzycy. Jest to pierwsze badanie, które wykazało skuteczność zarówno ostrego dożylnego, jak i przewlekłego doustnego podawania EMPA w redukcji uszkodzeń narządowych po niedokrwieniu i reperfuzji w mózgu i sercu. Wyniki sugerują, że mechanizmy ochronne EMPA wykraczają poza kontrolę glikemii i mogą obejmować działanie przeciwzapalne, antyoksydacyjne oraz korzystny wpływ na funkcję naczyń.

Badanie to dostarcza przekonujących dowodów na neuroprotekcyjne działanie EMPA w ostrym udarze niedokrwiennym i jego kardioprotekcyjne działanie w ostrym zawale mięśnia sercowego u szczurów bez cukrzycy. W przeciwieństwie do wcześniejszych badań, które koncentrowały się głównie na modelach z dysfunkcją metaboliczną (np. hiperglikemią), obecne badanie wykazuje, że EMPA znacząco zmniejsza rozmiar zawału i obrzęk u szczurów bez cukrzycy. Odtwarzając klinicznie istotne scenariusze uszkodzeń niedokrwienno-reperfuzyjnych, wyniki sugerują, że ochronne działanie EMPA wykracza poza kontrolę glikemii i może obejmować dodatkowe mechanizmy, takie jak działanie przeciwzapalne, antyoksydacyjne i korzyści naczyniowe.

Badanie ujawnia również, że dożylne podanie EMPA bezpośrednio przed niedokrwieniem i przed reperfuzją skutecznie zmniejsza zarówno rozmiar zawału, jak i strefę “no-reflow”. Kontrastuje to z ustaleniami Seefeldta i wsp., którzy donosili, że chociaż doustne 7-dniowe podawanie EMPA znacząco zmniejszało rozmiar zawału, ostre doustne podanie na początku niedokrwienia nie dawało takiego efektu. Wyniki sugerują, że w przypadku ostrego niedokrwienia/reperfuzji mięśnia sercowego, podanie dożylne może być skuteczniejszą strategią niż podanie doustne, prawdopodobnie ze względu na czynniki farmakokinetyczne wpływające na biodostępność leku i początek działania.

Ograniczenia badania obejmują: (1) podawanie EMPA przed wystąpieniem niedokrwienia, podczas gdy w praktyce klinicznej leczenie często rozpoczyna się po wystąpieniu incydentu; (2) krótkoterminową ocenę (3 godziny po reperfuzji); (3) brak oceny długoterminowych wyników neurologicznych i kardiologicznych; (4) badanie przeprowadzone tylko na samcach szczurów; (5) brak zastosowania pozytywnych kontroli w postaci hartowania niedokrwiennego; (6) brak pomiaru stężenia EMPA w osoczu po 7 dniach; (7) brak szczegółowej analizy mechanizmów działania leku.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone na szczurach rasy Sprague-Dawley oceniało wpływ empagliflozyny na uszkodzenia mózgu i serca w warunkach niedokrwienia i reperfuzji. Wykazano, że zarówno ostre dożylne podanie leku (10 mg/kg), jak i przewlekłe podawanie w diecie (20 mg/kg/dzień przez 7 dni) znacząco redukowało uszkodzenia narządów. W modelu udaru mózgu objętość zawału zmniejszyła się z 232,4 mm³ w grupie kontrolnej do 60,2 mm³ w grupie ostrej i 110,1 mm³ w grupie przewlekłej. W przypadku zawału serca, wielkość uszkodzenia spadła z 70% w grupie kontrolnej do około 47-49% w grupach leczonych. Badanie wykazało, że działanie ochronne empagliflozyny wykracza poza kontrolę glikemii i może obejmować efekty przeciwzapalne, antyoksydacyjne oraz korzystny wpływ na funkcję naczyń. Główne ograniczenia badania to podawanie leku przed wystąpieniem niedokrwienia oraz krótki okres obserwacji.

Bibliografia

Dai Wangde, Alavi Rashid, Li Jiajun, Carreno Juan, Pahlevan Niema M. and Kloner Robert A.. Empagliflozin demonstrates neuroprotective and cardioprotective effects by reducing ischemia/reperfusion damage in rat models of ischemic stroke and myocardial infarction. Scientific Reports 2025, 15(1), 9544-i87. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-93483-7.