Medial Arterial Calcification: Mechanisms and Therapy

内侧动脉钙化:机制和治疗

基本信息

  • 批准号:
    10304908
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.76万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2023-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Monckeberg's arteriosclerosis is a form of vessel hardening in which calcium deposits are found in the medial layer of elastic and muscular arteries, specifically on elastic fibers, leading to arterial stiffening and tearing. An independent risk factor for cardiovascular diseases in diabetic and chronic kidney-disease patients, it predisposes patients to cardiovascular mortality and lower extremity amputation. There are no treatments to reverse calcification. Elastin protein has a half-life of >60 years with almost no turnover. During aging and disease processes, elastic fibers degrade and are prone to calcification. We have developed unique nanoparticles that can be targeted to degraded elastic lamina in vasculature while sparing healthy arteries. This project is focused on removing mineral deposits by targeting chelating agent ethylene diamine tetra acetic acid (EDTA) to the degraded and calcified elastin in arteries. Then, nanoparticles loaded with pentagalloyl glucose (PGG) will be targeted to seal calcium-binding sites, inhibit enzymatic degradation, and restore lost elastin to improve vascular elasticity. Our strong published data show that such targeted EDTA chelation therapy, based on albumin nanoparticles, reverses experimentally created vascular calcification and avoids possible side effects of systemic chelation therapy. We would like to take this approach forward in a clinically relevant animal model of chronic kidney failure caused by adenine and high phosphorus diet. In Specific Aim 1, we will test the hypothesis that reversal of elastin-specific vascular calcification is possible when targeted nanoparticles deliver a chelating agent, EDTA, to the site of vascular calcification in a rat model of adenine-induced uremia that causes vascular calcification. We will also determine whether calcification returns after termination of EDTA therapy by monitoring animals for extended periods and whether such therapy has any adverse effect on bone density and organ health. In Specific Aim 2, we will test the hypothesis that dual therapy of targeted NPs carrying EDTA (to remove mineralization) followed NPs carrying PGG (to block calcium binding sites) will prevent return of vascular calcification and improve vascular function irrespective of CKD disease in a rat model of adenine-induced uremia. Such PGG therapy will also prevent further enzymatic degradation of elastin and reverse chondro/osteogenic phenotypic change of vascular smooth muscle cells. In Specific Aim 3, using genetically altered mice, we will test the hypothesis that permanent reversal of calcification will lead to vascular homeostasis through reversing transdifferentiation of VSMC-osteoblast-like cell transition or by repopulation of media with new VSMCs from either pericytes, endothelial to mesenchymal transition (EndoMT), or hematopoietic stem cell (HSC) migration. With successful completion of these studies, we will, for the first time, have developed a targeted therapy approach to remove vascular calcification. This research, if successful, will lead to new therapies to improve vascular health in CKD and diabetic patients with vascular calcification.
蒙克伯格动脉硬化是血管硬化的一种形式,其中在内侧发现钙沉积。 弹性和肌性动脉层,特别是弹性纤维,导致动脉硬化和撕裂。一个 糖尿病和慢性肾病患者心血管疾病的独立危险因素 使患者容易发生心血管死亡和下肢截肢。没有治疗方法 逆转钙化。弹性蛋白的半衰期超过 60 年,几乎没有更新。在衰老和疾病期间 过程中,弹性纤维会降解并容易钙化。我们开发了独特的纳米粒子 可以针对脉管系统中退化的弹性层,同时保护健康的动脉。本项目重点 通过将螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)靶向去除矿物质沉积物 动脉中弹性蛋白的降解和钙化。然后,负载五没食子酰葡萄糖(PGG)的纳米颗粒将被 旨在密封钙结合位点、抑制酶降解并恢复丢失的弹性蛋白以改善血管 弹性。我们公布的强有力的数据表明,这种基于白蛋白的靶向 EDTA 螯合疗法 纳米粒子,逆转实验产生的血管钙化,并避免全身可能的副作用 螯合疗法。我们希望在临床相关的慢性病动物模型中推进这种方法 腺嘌呤和高磷饮食引起的肾衰竭。 在具体目标 1 中,我们将检验以下假设:弹性蛋白特异性血管钙化的逆转是可能的 当靶向纳米粒子将螯合剂 EDTA 递送至大鼠模型中的血管钙化部位时 腺嘌呤诱发的尿毒症导致血管钙化。我们还将确定钙化是否复发 终止 EDTA 治疗后,通过长时间监测动物以及此类治疗是否已 对骨密度和器官健康的任何不利影响。在具体目标 2 中,我们将检验对偶的假设 携带 EDTA(以去除矿化)的靶向 NP 治疗,随后使用携带 PGG(以阻断钙离子)的 NP 治疗 结合位点)将防止血管钙化复发并改善血管功能,无论是否有 CKD 腺嘌呤诱导的尿毒症大鼠模型中的疾病。这种 PGG 疗法还可以防止进一步的酶促作用。 弹性蛋白的降解和逆转血管平滑肌细胞的软骨/成骨表型变化。在 具体目标3,使用基因改造小鼠,我们将测试钙化永久逆转的假设 将通过逆转 VSMC-成骨细胞样细胞转变的转分化来导致血管稳态,或 通过从周细胞、内皮细胞到间充质转化的新 VSMC 重新填充培养基 (EndoMT) 或造血干细胞 (HSC) 迁移。 随着这些研究的成功完成,我们将首次开发出一种靶向治疗方法 去除血管钙化的方法。这项研究如果成功,将带来新的疗法来改善 CKD 和伴有血管钙化的糖尿病患者的血管健康。

项目成果

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