89- QUELACIÓN SELECTIVA DEL HIERRO EN LA ATAXIA DE FRIEDREICH. IMPLICACIONES CLÍNICAS Y BIOLÓGICAS. Primera edición de Blood, prepublicada el 22 de marzo de 2007 en línea; DOI 10.1182/blood-2006-12-065433. Traducción de Jose Antonio Navarro, y Miguel-A. Cibrián.

AUTORES: Nathalie Boddaert 1, Kim Hanh Le Quan Sang 2, Agnès Rötig 2, Anne Leroy-Willig 3, Serge Gallet 4, Francis Brunelle 1, Daniel Sidi 5, Jean-Christophe Thalabard 2, Arnold Munnich 2 and Z. Ioav Cabantchik 6.

1 Pediatric Radiology Unit, ERM0205, 5 Pediatric Cardiology Unit, 2 Medical Genetic Clinic and Research Unit INSERM 781. Hôpital Necker-Enfants Malades and Université Paris V René Descartes, 75743 Paris Cedex 15, France. 3 U2R2M, CNRS UMR 8081, Université Paris Sud, 91405 Orsay, France;
4 Pediatric Unit, Hôpital de Montluçon, 03113 Montluçon Cedex, France, 6 Institute of Life Sciences and Charles E. Smith Laboratory of Psychobiology, Hebrew University , Jerusalem 91904 Israel running head: Iron chelation in Friedreich ataxia

Resumen:

Enfermedades genéticas del metabolismo del hierro e inflamación crónica a menudo inducen acumulación local de hierro. En la ataxia de Friedreich, la disminución de los clúster hierro-azufre y de la formación de hemo conduce a una acumulación de hierro mitocondrial que causa un daño oxidativo que afecta primariamente a neuronas sensoriales, miocardio y glándulas endocrinas. Determinamos la posibilidad de reducir la acumulación del hierro del cerebro en pacientes de ataxia de Friedreich con un quelante capaz de atravesar la membrana y dirigir el hierro de las células a la transferrina, usando los regímenes adecuados para pacientes sin sobrecarga sistemática de hierro.

La imagen por resonancia magnética del cerebro de los pacientes con ataxia de Friedreich se comparó a los de controles de edad similar revelando formas más pequeñas e irregulares del núcleo dentado con una significativa (p<0.027) mayor velocidad des R2* de la H-relajación, indicando acumulación regional de hierro. Se ha aplicado a 11/20 pacientes adolescentes, sin cardiopatía asociada, un tratamiento de seis meses con el deferiprone 20-30mg/kg/d, reduciendo el R2* de 18.3+/-1.6 a 15.7+/-0.7msec (- 1)(p<0.002) específicamente en el núcleo dentado y proporcional al R2* inicial (r=0.90). El tratamiento quelante no causó ningún efecto secundario hematológico o neurológico evidente, mientras que reducía la neuropatía y caminar atáxico en los pacientes más jóvenes.

A nuestro conocimiento, ésta es la primera demostración clínica de que un quelante reduce el hierro lábil acumulado en un área específica del cerebro implicada en una enfermedad neurodegenerativa. El uso de quelación moderada para relocalizar el hierro de las áreas de depósito a áreas de deprivación tiene implicaciones clínicas para varios desórdenes neurodegenerativos y hematológicos.

Introducción:

La sobrecarga de los tejidos con hierro y el consiguiente daño de los órganos han sido identificadas generalmente en hemosiderosis transfusional y hemocromatosis genética (1). Hígado, corazón, y glándulas endocrinas, están entre los órganos más afectados por estas formas de sobrecarga sistémica de hierro (1). La fuente de la sobrecarga de hierro de los tejidos se remonta al hierro plasmático originado por hiperabsorción entérica del metal y/o de la destrucción incrementada de las células rojas. Las formas lábiles de hierro plasmático (LPI) que aparecen como transferrina comienzan a saturarse, puede impregnar tipos particulares de células por mecanismos no regulados y hacer que aumente el conjunto de hierro lábil, desafiando las capacidades antioxidantes celulares(2).

Sin embargo, en la inflamación crónica (3) y en varios desórdenes genéticos (4), el hierro se acumula particularmente en algunos tipos de células alcanzando niveles tóxicos, incluso en ausencia de LPI circulante y a menudo incluso en plasmas deficitarios en hierro. En la ataxia de Friedreich (FA), una expansión de repetición GAA en el primer intrón del gen que codifica en el núcleo la frataxina (5,6), da lugar a la expresión reducida de una proteína mitocondrial implicada en el montaje de las proteínas que contienen clústers hierro-azufre (ISPs), y/o en la protección de la mitocondria del daño oxidativo mediado por hierro (7). La formación defectuosa de las ISP causa una deficiencia combinada de aconitasa y de la cadena respiratoria (complejos I-III), conduciendo a la acumulación mitocondrial del hierro lábil (8,9) y al consiguiente daño oxidativo en cerebro, corazón y glándulas endocrinas. Sin embargo, el papel patofisiológico de la acumulación mitocondrial del hierro en el daño oxidativo encontrado en FA (5,9) y en otros desórdenes neurológicos (10-13), no ha sido resuelto.

En analogía a la sobrecarga de hierro transfusional, los estudios histopatológicos y de imagen por resonancia magnética (MRI) de los pacientes de FA han demostrado que el hierro no sólo se acumula en el corazón, sino también en las zonas espinocerebelares (núcleo dentado) y la médula espinal (10). Estas y otras evidencias muestran la implicación del hierro lábil en el daño oxidativo, y sugieren el uso de antioxidantes y/o quelantes férricos como tratamientos posibles de FA y de otros desórdenes neurológicos (13-18). Los estudios iniciales con el antioxidante idebenona en la FA indicaron un cierto efecto cardioprotector, pero ninguna mejora en la ataxia (17). Por otra parte la terapia de quelación de hierro no se ha utilizado en la FA por dos razones principales: a). carencia de métodos clínicos validados para determinar los niveles de hierro acumulado en el cerebro y su accesibilidad a los quelantes, y b). riesgo de que una droga quelante resulte neurotóxica, y/o induzca el agotamiento global de hierro en los pacientes hematológicamente normales o ligeramente hiposiderémicos (19,20). Sin embargo, la adaptación reciente de MRI para determinar la acumulación del hierro en el hígado (21) y el corazón de los pacientes sideróticos (22,23) y en el cerebro (10,15,24) ha ofrecido una nueva posibilidad de seguimiento, in situ, del tratamiento de quelación en Ataxia de Friedreich, y en otras formas de neurodegeneración (11,12) con acumulación férrica en el cerebro (NBIA) (13).

En la búsqueda de quelantes candidatos con registro clínico, nos centramos en aquellos agentes permeables a las membranas que demostrablemente redujeran la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en el interior de células vivas, reduciendo los niveles de hierro lábil intracelular (25). Seleccionamos específicamente, respecto a otros agentes, la, oralmente activa, Deferiprona (3-hidroxi-1,2-dimetilpiridin-4-one, DFP). Considerábamos cinco características esenciales para tratar mejor una condición de acumulación férrica más local que global (26): a). penetración, lo que permite a la droga la capacidad de atravesar las membranas, obteniendo acceso a las organelas celulares y reduciendo la formación de radicales libres dependientes de hierro (2); b). capacidad de quelación del hierro extra-hepática, como la aplicación a la siderosis cardiaca (22,27); c). capacidad de actuar selectivamente en los "pooles" (conjuntos) de hierro más accesibles definidos como pool de hierro lábil (28, 29), tan bien como en los compartimientos subcelulares (2), sin disminuir el hierro del plasma unido a la transferrina (30); d). capacidad de transferir el hierro quelado del pool lábil de las células a los aceptores biológicos tales como transferrina circulante (30) y e). capacidad para cruzar la barrera hematoencefálica (31).

Fue realizado, en pacientes adolescentes de FA, que habían estado tratados con idebenona durante varios años, un ensayo abierto de fase I-II sobre eficacia y toxicidad con DFP. Tenían un ecocardiograma normal, pero sin mostrarse ninguna mejora en los perfiles del cerebro por MRI o índices neurológicos. Les fue aplicado un tratamiento basado en regímenes moderados de quelación con DFP con el propósito de reducir el hierro acumulado en áreas específicas del cerebro, tales como el núcleo dentado, y una eventual mejora de la condición neurológica, sin afectar, por contra, a los parámetros hematológicos.

Métodos: Pacientes y diseño del estudio:

Los pacientes (de edades entre 14 y 23 años) fueron diagnosticados de Ataxia de Friedreich (FA) por detección de la expansión repetida de trinucleótido en el primer intrón del gen de la frataxina. Fueron seleccionados aleatoriamente de entre un conjunto que había sido tratado previamente con idebenona (10 mg/kg/día, en 3 dosis p.o.) por lo menos dos años antes de la inclusión y del tratamiento antioxidante que continuó durante este estudio. El protocolo usado fue diseñado para iniciar el tratamiento con una dosis diaria relativamente baja de DFP, y la utilización de criterios estrictos de suspensión del tratamiento tras una pérdida de tolerancia debida a malestar neuronal, muscular, gastrointestinal, o a cambios hematológicos. Fue subseleccionado, aleatoriamente, un grupo de 13 pacientes (4 hombres y 9 mujeres), para recibir durante seis meses 20 o 30 mg/kg/d de DFP (proporcionado por Apopharm, de Toronto, Canadá), dividido en dos dosis orales diarias. Con el propósito de reducir al mínimo el riesgo de toxicidad de la droga, se aplicó un plan de escalonamiento en la inscripción de los pacientes en grupos de tres, que se incorporaron al estudio cada dos meses, a intervalos de 2 semanas. El tratamiento fue iniciado con la dosis más baja. Si la tolerancia al tratamiento con la evidencia de la eficacia fue encontrada en 2 de 3 pacientes, un segundo grupo de pacientes se alistó con la misma dosis. Si la tolerancia fue encontrada sin evidencia para la eficacia en 2 de 3 pacientes, el segundo grupo de tres pacientes se alistó con la dosis más alta. Si la intolerancia se convirtió en 1 de 3 pacientes, el tratamiento fue continuado con solamente los otros dos miembros del grupo. Solamente 9 pacientes terminaron los seis meses de tratamiento con DFP, con los exámenes del cerebro realizados por MRI en la inclusión y a los 1, 2, 4 y 6 meses de tratamiento. Como controles empleamos 9 pacientes que estaban sólo con idebenona como terapia y sin tratamiento con DFP. El protocolo fue promovido con la ayuda de Publique-Hopitaux de París, aprobada por el comité ético institucional y colocado en la autoridad sanitaria nacional (AFSSAPS) y en el sistema internacional del registro del protocolo ( http://www.clinicaltrials.gov ) (identificación del estudio: NCT00224640). Fue obtenido un consentimiento, informado, escrito de los pacientes y de los padres.

Fue utilizada la escala de evaluación de la ataxia ICARS (International Cooperative Ataxia Rating Score) para determinar, antes y después, los síntomas de la ataxia desde el primer mes y hasta el sexto (32) con cuatro subescalas: alteración postural y forma de caminar, funciones cinéticas, dificultades del habla, y trastornos oculomotores. Los marcadores fueron sumados para dar un resultado total (0-100), indicando los números más altos un grado peor de ataxia. La prueba de Perdue Pegboard fue aplicada por el mismo investigador a un número limitado de pacientes y utilizada para determinar la velocidad de realización, delicadeza de los movimientos y destreza manipulante. A los participantes se les solicitó insertar tantos clavos como les fuera posible en agujeros preestablecidos, perforados linealmente en un tablero de madera durante un espacio limitado de tiempo (20 segundos, con dos manos, por separado y con ambas).

El riesgo de agranulocitosis y otros efectos nocivos potenciales de DFP observado en el 1 % de los pacientes con talasemia (19, 26), nos condujo a supervisar de cerca a los pacientes con neutropenia, agranulocitosis, dolor muscular esquelético, y deficiencia de cinc, incluyendo recuentos sanguíneos semanales, el hierro sérico, concentraciones de ferritina y transferrina, y funciones hepática y renal.

Medidas MRI: Los clústers de hierro causan localmente una no-homogeneidad en el campo magnético que disminuye la señal MRI del agua circundante. Esto conduce a variaciones en la velocidad de relajación transversal aparente (R2*), o a su inversa T2*, los índices usados para cuantificar la decadencia de la señal MRI (11, 20). Si se asume un campo magnético externo homogéneo, los cambios en R2* reflejan variaciones en la concentración local de hierro o en los niveles del deoxihemoglobina debido a cambios regionales en la perfusión de la sangre (31). Los exámenes MRI fueron hechos en una unidad de 1.5 T Signa (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, E.E.U.U.) usando una serie de bobinas en fase con la principal. Fueron localizadas las estructuras grises profundas utilizando una secuencia eco-planar de T2*-pesadas. Un voxel que abarca los núcleos izquierdo y derecho (dimensiones 6 x 3 x 2 cms. cúbicos) fue colocado en la sección mayor de núcleos dentados, realizándose su calzado automático para reducir al mínimo las variaciones regionales del campo magnético. Para cada sección seleccionada se realizó una supervisión de hierro usando una secuencia de eco-multi-gradiente de un solo corte (campo visual 24 centímetros, 255x224 matriz, grueso del corte: 5m m, TR: 400 ms, diez ecos en TE de 10ms al ms 100, ángulo del tirón: 50°, tiempo de la adquisición: 3 minutos). La selección del volumen para el calzado y la adquisición del eco del multi-gradiente del corte fue repetido a nivel del núcleo pálido. La determinación de R2* fue realizada de los datos de las secuencias del eco del multi-gradiente ajustando en cada pixel las señales del Si obtenidas al tiempo de eco TEi (i = 1.10) según la ecuación Si = So.exp (- R2*.TEi). Una imagen de alta resolución de los valores locales de R2* fue construida y el valor medio de R2* fue calculado en varias regiones del interés (ROI), por el mismo radiólogo. A 1.5 teslas, la resolución de la imagen lograda era adecuada para obtener solamente un solo ROI elíptico 7 de 10 mm. cuadrados, colocado típicamente en el centro de cada núcleo para reducir al mínimo la variación de R2*. Las medidas MRI fueron hechas dos veces en el mismo día, a intervalos de 2 horas. Como control interno, varios (2 o más, dependiendo del tamaño de la región) ROI circulares de 24 mm. cuadrados fueron dibujados en la materia blanca de los hemisferios cerebelosos posteriores al núcleo dentado, donde la concentración de hierro se asume que es baja, y en los núcleos pálido y talámico.

Análisis estadísticos: En el estado básico, los valores R2* en varias estructuras fueron comparados usando un modelo según la ecuación de estimación generalizada (GEE), considerando los niveles individuales con la estructura cerebral y el lado como covariaciones categóricas. Para cada estructura cerebral, las medidas repetidas MRI, en un cierto plazo, fueron analizadas usando el procedimiento GEE desde la biblioteca geepack. Las contribuciones individuales fueron pesadas usando la inversa de la varianza R2* en la región de interés correspondiente. Todos los cálculos fueron realizados usando el procedimiento GEE desde la biblioteca del geepack, paquete estadístico R ( http://www.R-project.org ). Fue considerado significativo un valor de p < 0.05. Las pruebas fueron ajustadas según comparaciones múltiples según la regla del Bonferroni Anova (unidireccional) y la pruebas t de Student apareadas fueron realizados con Origin v 7.5 (Originlab Corp., Northampton MA).

Resultados:

Cambios en la morfología y en los niveles de hierro en áreas específicas del cerebro: Las imágenes exhibidas en la figura 1 han sido seleccionadas entre las obtenidas con los pacientes de FA al inicio del tratamiento de quelación (n=9 que terminaron el tratamiento) y entre los adolescentes de edades similares que fueron admitidos con condiciones no relacionadas. Las imágenes destacan los cambios morfológicos de tamaño y forma en que los núcleos dentado experimentan en 3 pacientes adolescentes representativos de FA comparados con los controles de edades equiparables (figura 1, ver abajo).

Las constantes medias R2* (en s-1) calculadas para varios ROI de un área cerebral de un individuo dado mostraron reproductibilidad (medidos por el coeficiente de variación en exámenes repetidos) de el 4 % en el núcleo dentado y del 6 % en la corteza cerebelar. Los valores calculados R2* en el núcleo dentado fueron significativamente, pero no substancialmente, más elevados en los pacientes de FA que en los controles (R2* =18.3 ± 1.7 s-1 con respecto 16.6 al ± 1.2 s-1, p<0.05) (n=9 en cada grupo). Además, los valores R2* en FA (n=9) eran relativamente más altos en el pálido (19.6 ± 1.9 s-1, p<0.05) que en el núcleo dentado y más bajos que en el cerebelo y tálamo (13.9 ± 0.6 s-1, p<0.05 y 15.2 ± 2.8 s-1, p<0.05 respectivamente), de acuerdo con la cantidad relativa de hierro detectada químicamente en esas áreas en los individuos normales (15, 34-36).

De modo distinto a un estudio previo (10), los valores crecientes R2* observados en el núcleo dentado de los pacientes de FA no mostraron ninguna correlación con la edad, posiblemente debido al pequeño grupo de pacientes que participaron en el estudio. Los valores crecientes R2* pudieron reflejar cambios en: a). la acumulación de hierro según lo propuesto con anterioridad (10,15,24,34-36) y por analogía con lo obtenido en otros órganos con sobrecarga sistémica de hierro (21-23) y b). los niveles del deoxihemoglobina por la subyacente reducción de la perfusión de la sangre causada en las áreas dañadas del cerebro (33). Aunque se desconoce la naturaleza química del hierro acumulado, un quelante férrico que pudiera tener acceso a las áreas afectadas podría ser instrumental en discernir entre la contribución relativa de los 2 factores antedichos y proporcionar algunos indicios sobre la naturaleza del hierro local que contribuiría a los valores R2*. Después de la administración de 20-30 mg/kg/d DFP a 9 pacientes del FA, había una disminución significativa del índice de relajación R2* en el núcleo dentado de 18.3 + 1.7 s-1 al inicio del tratamiento a 16.2 al ± 0.8 s-16, p<0.001) después de un mes, y a 16.6± 1.3 s-1, p<0.002 después de 2 meses, al 16.4 ± 0.8 s-1, p<0.01 después de cuatro meses y 15.7± 0.7 s-1, p<0.002) después de seis meses de administración de DFP (figura 2, ver abajo). Aunque los perfiles de los valores R2* se diferenciaron entre pacientes en el curso del tratamiento con DFP, alcanzaron un nivel básico después de 2-4 meses. Por otra parte, no se observó ninguna diferencia a corto plazo entre las dos dosis de DFP (20 y 30 mg/kg/día), sugiriendo que la eficacia máxima se pudo haber alcanzado al parecer con la dosis más baja. Sin embargo, tras seguir el tratamiento de seis meses con DFP, en 9 pacientes no se observaba ningún cambio morfológico en el núcleo dentado ni ningún cambio significativo en los valores R2* en otras secciones del cerebro. Las medias respectiva ± SD de los valores R2* en el mes 0 y 6 fueron: 19.6±1.9 contra 19.2± 1.4 en el núcleos pálido, 15.2±1.9 contra 14.6±0.9 en el tálamo y 13.9±0.4 contra 13.9±0.53 en regiones cerebelosas de materia blanca. Los grupos comparables de pacientes tratados solamente con idebenona durante 6-12 meses no demostraron ningún cambio significativo en R2* en ninguna de las anteriores regiones del cerebro, incluyendo los núcleos dentado (Boddaert y Munnich, inéditos) (cuadro 2, ver abajo ).

El análisis de los cambios R2* tras 6 meses del tratamiento con DFP (figura 2) reveló que cuanto más alto fue R2* al inicio del tratamiento, mayor fue la disminución R2* (figura 3). El cambio relativo en R2* se correlacionó linealmente con el valor inicial R2* (figura 3). Los pacientes tratados solamente 1/9 (con valor inicialmente bajo R2*) no demostraron ningún cambio significativo después de seis meses del tratamiento con DFP. Así pues, interpretamos estos resultados como que DFP queló el hierro lábil que se acumulaba específicamente en el núcleo dentado (figura 3, ver abajo).

Cambios en parámetros clínicos durante el tratamiento: En dos pacientes de FA fue aplicado un tratamiento inicial utilizando una dosis de DFP de 80 mg/kg/día (2 porciones diarias), que está en la gama terapéutica usada para la talasemia (15,16, 21) y recomendada por Apopharm. El tratamiento fue suspendido después de dos semanas debido a las reacciones adversas serias observadas en uno de los pacientes que incluyeron: fatiga, dolor de cabeza, náuseas, vértigo, pobre control de la cabeza, movimientos oculares anormales, y pérdidas fluctuantes de consciencia. Una investigación reveló que el paciente afectado había estado durante dos semanas en una terapia profiláctica con cloroquina-proguanil, para la malaria, aumentando la posibilidad de interacciones entre los fármacos. Sin embargo, como tales acontecimientos no se han divulgado en pacientes talasémicos que recibían DFP para la sobrecarga férrica del transfusional (19, 20, 26), asumimos que los pacientes del FA, no teniendo ninguna sobrecarga sistémica de hierro, pudieron exhibir un umbral más bajo de toxicidad para DFP. Otra posibilidad es que un nivel pico excesivamente alto de la droga se alcanzara en plasma tras la ingesta oral de las dosis unitarias de 40 mg/kg/d, dos veces al día, más que con dosis de 25 mg/kg/d tomadas tres veces al día por los pacientes con Talasemia (19).

El plan del estudio de seis meses, por tanto, fue reajustado y la dosificación fue limitada a 20-30 mg/kg/día DFP. De los 13 pacientes que se incorporaron al nuevo protocolo, 3 fueron retirados debido a quejas del dolor muscular-esquelético, o vértigos o síndrome de Guillain Barre, y 1 debido a agranulocitosis que se resolvió posteriormente. En los 9 que terminaron el estudio, fue observada una mejora neurológica por parte de los padres y los familiares, no informados en el plazo de cuatro semanas del tratamiento. El estreñimiento, la incontinencia, y algunas muestras subjetivas de la neuropatía periférica desaparecieron en el plazo de dos meses. Los extremos de los miembros, que estaban fríos, abigarrados, y extremadamente sensibles, se calentaron en varios pacientes con la sensación de sentir de nuevo sus pies y la superficie del piso. Los movimientos delicados y la destreza manipulante (p.ej., escritura manual, tecleado mecanográfico, peinado o pintado de los ojos) y la fluidez del habla mejoraron, según se informa en varios pacientes (tabla 1, ver abajo). La fuerza general, la calidad de sentarse, permanecer de pie, y la facilidad de transferencia (de la cama a la silla de ruedas o al aseo) también mejoraron. La mayoría de los pacientes tratados más jóvenes (14 años) se beneficiaron del ensayo en términos de movilidad fina, equilibrio, estabilidad, y autonomía. Estas observaciones fueron aparentemente imparciales, pues fueron divulgadas independientemente y constantemente por los padres y/o personal de apoyo (tabla 1). Rindieron cambios modestos pero significativos en los marcadores de ICARS tras 6 meses de tratamiento, con los pacientes más jóvenes se logró una mejora del ?10%. La inclusión de pacientes con una dosis más alta de DFP (30mg/kg/día), reproducían esencialmente las observaciones antedichas en términos de tolerancia y eficacia relativa de DFP, mejoraron en la velocidad de realización y en la destreza (tabla 1). La prueba de Perdue Pegboard que determina objetivamente el impacto de la droga en la destreza de manipulación fue aplicada a 3 pacientes seleccionados aleatoriamente en el inicio del tratamiento con DFP. Las cuentas medias cayeron perceptiblemente (p>0.05) de 44±7 a 35±5 tras el tratamiento de quelación de 6 meses (no mostrado).

Cambios en parámetros bioquímicos y hematológicos durante el tratamiento: La administración de DFP dio lugar a una disminución pequeña, pero significativa de los niveles de ferritina sérica en solamente dos pacientes, pero sin cambio significativo en los niveles de la hemoglobina o del hierro plasmático (pacientes C e I, tabla 2). Una investigación retroactiva reveló que los dos pacientes se incorporaron al estudio después de recuperarse de episodios infecciosos recientes, que posiblemente causaron un nivel elevado de ferritina sérica al actuar como reactante de fase aguda.

Discusión:

La acumulación de hierro se ha tomado generalmente como una indicación para el daño biológico potencial debido a la propensión del metal de inducir tensión oxidativa cuando está presente como formas lábiles (37). Se ha asumido que este es el caso en la sobrecarga de hierro de los órgano resultante de la presencia de niveles elevados de LPI (2) y en varios desórdenes en los cuales el hierro se acumula en determinados órganos como resultado de inflamación crónica (3) o por desórdenes del metabolismo de hierro celular (4, 38). Para la sobrecarga sistémica de hierro, el uso de quelantes férricos ha tenido un registro terapéutico indiscutible, particularmente en el tratamiento de la hemosiderosis (14, 20, 25), y más recientemente en la prevención o reversión del fallo cardiaco inducido por hierro en la talasemia (23, 27, 39). Una contribución importante al reciente éxito en el tratamiento de la sobrecarga férrica es el advenimiento de técnicas no invasivas para determinar la sobrecarga de hierro del órgano que facilitando el camino para optimizar los regímenes de quelación, particularmente las medidas MRI de la acumulación del hierro en órganos tales como hígado y el corazón (21-23).

En eFA, la evidencia de la acumulación férrica en la mitocondria (5, 8, 9) fue apoyada por los estudios que indicaban la acumulación temprana de hierro en el cerebelo de los pacientes (particularmente en el núcleo dentado) (10, 15). Sin embargo, el papel patológico del hierro como causante o exacerbante en FA (5, 40) y en otros desórdenes neurológicos (11-13, 16) ha seguido siendo una cuestión de debate. Polémica similar conlleva el uso de quelantes férricos para tratar la FA y otras condiciones neurológicas (14, 18, 41). En estas enfermedades la diana propuesta para los quelantes es la desintoxicación del hierro acumulado en áreas específicas del cerebro y para FA posiblemente también en el corazón, y glándulas endocrinas. Sin embargo, en FA, donde hay niveles normales o marginalmente disminuidos de hierro plasmático (42, 43) puede ser considerado desaconsejable quelar el hierro necesario para afrontar la formación de los cluster hierro-azufre(44, 45), que está ya deteriorado debido a la deficiencia de frataxina (5). El diseño de un quelante activo por vía oral, permeable a las membranas y capaz de eliminar el hierro de las mitocondrias de áreas específicas del cerebro, mientras que mantienen el grueso del hierro fisiológicamente esencial, es un reto.

El actual estudio es un intento inicial de acercarse a este problema a nivel clínico con el propósito de la determinación por MRI la accesibilidad del hierro acumulado en los núcleos dentados de pacientes FA con un quelante de uso clínico en sobrecargas férricas a dosis consideradas como seguras (19). Los pacientes de FA que participaron en las fase I-II del estudio abierto fueron etiquetados para su selección al azar, con edades comprendidas en el rango de 14-23 años, todos estuvieron bajo tratamiento, durante varios años, con el limpiador de radicales libres, el antioxidante idebenona (17, 46, 47). Estos pacientes no demostraron esencialmente ninguna complicación cardiaca funcional, o ecocardiogramas anormales, sin que hubiera ninguna indicación para los cambios R2* en cualquier área del cerebro, o efectos neurológicos atribuibles al tratamiento antioxidante. En el inicio del estudio, los núcleos dentados de los nueve pacientes adolescentes de FA fueron seleccionados aleatoriamente, mostrando alteraciones perceptibles por MRI en la forma y en los valores R2*, que eran marginales, pero significativamente diferentes de los individuos normales (figura 1, ver abajo). Esto refuerza las observaciones neuropatológicas previas de acumulación férrica y de daño a los tejidos (10, 15), pero no de manera inequívoca, puesto que los cambios en R2* de las áreas dañadas del cerebro podían también ser atribuidos a cambios en las concentraciones de deoxihemoglobina debido a una perfusión sanguínea alterada (33). Sin embargo, si el valor R2* representa, incluso en parte, una acumulación de hierro en el interior de áreas específicas cerebrales (p.ej tracto espinocerebelar y piramidal, médula espinal, y ganglio de la raíz dorsal), significaría que la acumulación de hierro puede ser un acontecimiento relativamente temprano en la FA, puesto que era evidente en pacientes muy jóvenes. Hemos razonado que si en FA un cierto componente de R2* puede estar en equilibrio con las formas lábiles de hierro, a saber, las que son activas desde el punto de vista redox y potencialmente quelables (25), entonces, después del tratamiento quelante podrían disminuir los valores R2* en las áreas de interés y posiblemente conferir protección antioxidante. La explicación alternativa de que un quelante de hierro afectara la perfusión de la sangre no es inconcebible, pero si altamente inverosímil.

La selección del quelante férrico hidroxipiridinona Deferiprona (Ferriprox R o L1) que se ha aprobado en Europa para tratar algunos casos del talasemia (19, 20, 26, 38) se basó en varios criterios: a). el quelante de hierro era activo por vía oral y atravesaba las membranas (29) retirando eficientemente el hierro de las mitocondrias en células vivas (2, 48) y b). el complejo quelado del hierro, deferiprone-FE, puede transferir el hierro a la transferrina (30). Esta condición se satisface mientras que la transferrina no se encuentre saturada de hierro, como es el caso con los pacientes de FA (tabla 1; 42) y el quelante se utiliza en dosis moderadas; y c). se esperaba que, debido a su pequeño peso molecular y características químicas favorables, la droga también cruzara fácilmente la barrera hematoencefálica, pues los estudios en animales así lo indicaron (31). La dosificación seleccionada del deferiprona fue 20-30 mg/kg/día, a saber un cuarto de la dosis diaria usada en la talasemia mayor (19, 20) y en un rango donde no tener experimentalmente ningún efecto adverso en las enzimas dependientes de hierro del cerebro (31).

El propósito inicial de este estudio, de eficacia-toxicidad, fue monitorizar los cambios inducidos por el quelante férrico depositado en el cerebro con MRI, con el propósito de determinar la viabilidad de realizar una evaluación a largo plazo de DFP sobre la progresión de la enfermedad. La selección de las medidas R2*, como indicativas de los depósitos cerebrales de hierro, se fundamentaron en la amplia experiencia previa obtenidas con MRI (15, 34-36), particularmente en estudios con animales y clínicos en los que DFP invirtió, demostrablemente, los cambios los valores T2* en el corazón causados por sobrecarga férrica y mejoraron la fracción de eyección cardiaca (22, 23). En FA, con la deferiprona administrad a dosis diarias relativamente bajas, el hierro acumulado en el núcleo dentado fue eficientemente y progresivamente disminuido en 8/9 de los pacientes, según lo reflejado en los valores R2* (figura 2, ver abajo). Para la mayoría de los pacientes tratados la reducción principal en R2* tuvo lugar en el plazo de dos meses de tratamiento y cuanto más grande fue el valor inicial R2*, fue mayor y proporcional el cambio inducido por el quelante (figura 3). Esto indicaría que los valores R2* proporcionan una medida cuantitativa para las formas químicas de hierro potencialmente quelables acumuladas en el núcleo dentado. Por otra parte, con nuestro conocimiento de la capacidad de la deferiprona de limpiar el hierro celular (2, 29, 48) y asumiendo que la concentración del quelante lograda en cerebro es similar a la del plasma (como mucho 20-30 ìM en los valores picos que siguen tras una dosis única de 10mg/kg/d del quelante y un valor de la t½ de 2-3 h en plasma) (26), se puede deducir que R2* en el núcleo dentado representa: a). acumulación de formas de hierro lábiles y directamente quelables y/o b). acumulación de formas de hierro (p.ej. ferritina) que esa quelación puede reducir indirectamente accionando la degradación proteolítica de la ferritina. Así, ligando el hierro lábil, la deferiprona pudo desplazar el equilibrio lejos de la acumulación del metal en la célula, como fue mostrado, previamente, por nosotros en las células mieloides (49) e implicado en estudios recientemente publicados sobre las características bioquímicas del hierro de la ferritina (50, 51). En cuanto a la naturaleza química de las formas lábiles del hierro, éstas podrían estar compuestas por complejos de hierro de bajo peso molecular (2) y/o de hierro pobremente enlazado a enzimas tales como las hidroxilasas (31). Esto concuerda con la susceptibilidad, observada en los sistemas deficientes en frataxina, para la formación de ROS mediadas por hierro y su protección de los daños oxidativos y por los quelantes férricos (41), pero aparentemente no con la pérdida de cambios en el hierro lábil mitocondrial detectado en linfoblastos derivados de pacientes de FA (52).

Una observación interesante ha sido que, con excepción del núcleo dentado, ninguna otra áreas del cerebro de los pacientes de FA ha experimentado cambio significativo alguno en R2* tras el tratamiento quelante. Esta aparente selectividad se puede explicar por una o más de las siguientes posibilidades: a). el quelante no tiene ningún acceso a las áreas con excepción del núcleo dentado; b). las formas de hierro en estas otras áreas no son fácilmente quelables, quizás porque se dividen en compartimientos o se asocian a productos de degradación de la ferritina, tal como la hemosiderina (45); o c). otros factores que contribuyen a R2* en áreas fuera del núcleo dentado. A nuestro conocimiento, el actual estudio proporciona la primera demostración, in situ, de que la quelación férrica actúa en una área específica del cerebro en un estudio clínico.

En el actual estudio de eficacia/toxicidad de fase I-II no existían expectativas, a priori, en relación a que se pudieran obtener beneficios clínicos en un período de prueba de 6 meses. Sin embargo, se tuvo que considerar particularmente cualquier aspecto de reacción adversa al tratamiento y especialmente a los cambios hematológicos, que, incluso, un tratamiento suave de quelación, podría inducir en los pacientes de FA que bordeaban la hiposideremia-hipoferritinémia en el momento de la inclusión (tabla 2). Como se muestra, el hecho que 1/13 de los pacientes se retiró del estudio debido a agranulocitosis, 2/13 debido a la intolerancia de la droga, y 1/13 debido a una condición sin relación, pudieron indicar una tolerancia más baja a la deferiprona en FA que en el Talasemia (19, 20). De la tabla 2 dedujimos que el régimen suave del quelación usado durante 6 meses en los 9 pacientes restantes de FA era aparentemente seguro. No obstante, a pesar de la carencia evidente de cambios hematológicos estadísticamente significativos deteriorados por la quelación oral moderada, observamos una tendencia suave pero constante de disminución de los parámetros asociados al hierro en sangre. Esto es una llamada de atención para una estrecha vigilancia en futuros ensayos clínicos a fin de optimizar el tratamiento.

También hemos notado que un tratamiento moderado de quelación puede desplazar perceptiblemente el rango de los valores medidos R2* (s-1) en el núcleo dentado de los pacientes de FA a partir de 16.8-21.2 s-1 a 15.4-17.1 s-1, que están dentro de los márgenes R2* determinados empíricamente para una cohorte de no-FA ajustados en edad, similares a los qué se han descrito con anterioridad (10). El cambio más substancial, y estadísticamente significativo, fue logrado por los 3 pacientes con R2* inicial más alto (G e I, de la figura 2, ver abajo). Sin embargo, con la actual información no se está en disposición de relacionar un valor terapéutico con los cambios de desplazamiento reflejados por el quelante en R2*. Para este propósito es necesario establecer intervalos normales y patológicos R2* en mayores estudios controlados.

Esto deja abierta la cuestión de si después de lograr niveles estacionarios R2*, las concentraciones del fármaco debieran moderarse, o, por otra parte, si se debería utilizar un refuerzo de hierro como medio de aliviar la leve hiposideremia-hipoferritinemia. A este respecto, la experiencia clínica (S. Gallet y A. Munnich, inéditos) mostraron que la suplementación oral del hierro exacerbaba los síntomas de la ataxia en pacientes de FA. Por otra parte, estudios, in vivo, con la Drosophila deficiente en frataxina han indicado una susceptibilidad más alta de estas moscas a la tensión oxidativa mediada por hierro (53).

Sin embargo, más importantes y particularmente afortunadas, son las observaciones que indican la mejora con respecto al estreñimiento, incontinencia, destreza manipulante, fluidez del habla, algunas muestras subjetivas de la neuropatía, e, incluso, la marcha atáxica (tabla 1, ver abajo). Los cambios modestos, pero significativos fueron observados en la escala ICARS, particularmente en los pacientes más jóvenes. Aunque estas observaciones son de una naturaleza objetiva, no podrían ser correlacionadas con medidas MRI debido a la pequeña muestra y al corto período de tratamiento. Por lo tanto, los resultados debe ser mirados con precaución hasta que sean suplementados con estudios comprensivos controlados con placebo que deben dirigirse a las diversas características neuromotoras y a la función cardiaca de forma cuantitativa. Además, este estudio se limitó unicamente a DFP utilizado en conjunción con idebenona, durante un período de 6 meses y en adolescentes con un foco en la MRI cerebral y preliminarmente en funciones neuromotoras. Por lo tanto, queda por confirmar por estudios a largo plazo sí se debe incorporar DFP sola o conjuntamente con idebenona, así como con quelantes con mejores perfiles de seguridad para las poblaciones jóvenes, tales como deferasirox (Exjade).

Los cambios en los valores R2* y los resultados clínicos consiguientes de la quelación proporcionan algunas pistas del modus operandi farmacológico de DFP como un posible eliminador del hierro potencialmente tóxico y/o como vehículo para puentear la infraexpresión de la frataxina y apoyar la formación de ISP. Un posible papel para la idebenona en el presente estudio no puede ser pasado por alto. Los estudios realizados en los modelos de células animales deficientes en frataxina han indicado claramente que la suplementación con idebenona compensa la deficiencia en la cadena respiratoria (41, 54, 55), mientras que los quelantes férricos rescatan las células del hierro tóxico que se acumula en la mitocondria y promueve el daño oxidativo (14, 18, 48). Estos resultados han sido consolidados más a fondo en las levaduras frataxina-deficientes que lograron la homeostasis del hierro induciendo la expresión de la frataxina (54) y superando la tensión oxidativa por la sobreexpresión de la ferritina mitocondrial (55). En el ajuste clínico, elevaciones en los niveles cerebrales de eritropoyetina por la activación mediada por la quelación de HIF (vía la inhibición de la prolil-hidroxilasa) (56) y de estel modo inducir la expresión de frataxina (57) se pueden vislumbrarse como una maniobra neuroprotectora conferida por la quelación regional de hierro. El mecanismo aumenta las perspectivas de una quelación profiláctica como medio de prevenir el daño férrico inminente er invertir la lesión oxidativa inducida por hierro en por lo menos algunas neuronas sensoriales del sistema nervioso central, sobre todo en las primeras etapas de FA y de otras enfermedades de NBIA (13).

Aunque este estudio se ocupaba de quelación férrica acumulado en un área específica del cerebro, también tiene implicaciones para enfermedades de acumulación regional del hierro, en las cuales la relocalización férrica, per se, puede tener un valor terapéutico, como en la anemia ocasionada por inflamación/enfermedad crónica (3). En este caso, una transferencia de hierro, mediada por el quelante desde las células reticuloendoteliales a la apotransferrina plasmática, según se indica en anteriores estudios de quelación (30), puede proporcionar un puente artificial para la ruta de salida fisiológica de hierro obstruida, asociada con ferroportin, regulada por hepcidin a la baja (58).

TABLA 1: Recopilación de parámetros clínicos obtenida a principio y fin del estudio: La tabla describe la edad y sexo de los pacientes, la definición genética de la mutación en lo que se refiere al tamaño de la expansión GAA en el gen de la frataxina, la edad de inicio de la enfermedad, duración de la ataxia, las dosis de deferiprone (DFP) administradas, y la evaluación en la escala ICARS antes y después del ensayo (indicado con la flecha). Los pacientes que después de 6 meses de tratamiento con DFP han mostrado cambios >10 % en la escala ICARS se remarcan en letra negrita. La disminución media ± SD en la escala ICARS de todos, los 9 pacientes, ha sido 8.5 ± 4.5 puntos, lo que representa un relativamente pequeño, pero significativo (p>0.05 estudio similar t test) disminución de 7.3 ± 1.1 %.

TABLA 2. Parámetros asociados con el tratamiento de quelación férrica. La tabla detalla el sexo y edad de los pacientes, y los parámetros sanguíneos al principio y final del tratamiento con deferiprona (DFP) durante 6 meses. La media (absoluta y relativa) la disminución (.) en los valores que siguieron al tratamiento no fueron estadísticamente significativas (NS) a p <0.01) para todos, los 4 parámetros, usando la forma de test Boneferroni Anova, pero fue significativo (al indicado p<valores, en negrita) para los valores haematócritos (hct) y para la hemoglobina (Hb), usando similares t-test (p-tt). El * denota los valores del ferritina de los pacientes C y I, quienes, a la inclusión, se estaban recuperando de un reciente episodio infeccioso.

FIGURA 1: Visualización MRI de la acumulación férrica en los núcleos dentados de tres pacientes jóvenes con Ataxia de Friedreich y tres individuos sanos de edades similares. La figura muestra una imagen paramétrica de los valores R2 * en la fosa posterior, derivados de la secuencia multigradiente hecha a 1.5 Tesla. Los núcleos dentados con valores R2* altos parecen más blancos que el cerebelo circundante, más pequeño e irregularmente formado en los pacientes de Ataxia de Friedreich, comparados con los sujetos control. El R2* del cerebelo adyacente tiene valores en orden 14 s-1, confirmando buena homogeneidad regional del campo magnético. Los valores R2* se dan en el texto. Las imágenes anteriores se despliegan siguiendo ventanas iguales y nivelado de los mapas R2*.

FIGURA 2: Valores R2 * de núcleos dentados de 9 pacientes de Ataxia de Friedreih sometidos a tratamiento con deferiprona (20-30 mg/kg/d) durante 6 meses: Las constantes medias R2* (en s-1) de los núcleos dentados de pacientes de Ataxia de Friedreich (A-I) obtenidas a los meses indicados de tratamiento (1-2 como se ha descrito en los métodos).

FIGURA 3: Cambios absolutos y relativos en R2* de pacientes de Ataxia de Friedreich que han seguido un tratamiento de 6 meses con DFP: Las casillas representan el cambio en las constantes R2 * (s-1) logradas entre 0 y 6 meses de tratamiento con DFP (valores tomados desde la Fig. 2) con la línea gruesa que representa el valor al final del tratamiento. Las líneas punteadas representan la media respectiva de los valores R2*, de 18.3±1.6 s-1 y 15.7±0.7 s-1 obtenidos respectivamente a 0 y 6 meses. Los valores R2* medios y los valores R2* individuales, para cada paciente, a 0 y 6 meses fueron significativamente diferentes (p <0.002) (test de Anova). La intercalación retrata el % de disminución en R2* (calculado como [R2*(mes 0) - R2*(mes 6)] / R2*(mes(0)] *100) contra el R2* inicial (mes 0 de tratamiento) que rendido por el análisis de regresión lineal es un declive de 4.2 ± 0.90 n=9 de r=0.87 p <0.0025.

Agradecimientos: F. Girard (GE-Health Care Technology Europe), DRC-APHP, Asociación Francesa contra la Miopatía (AFM) , Fundación para la Ciencia de Israel (ISF) y AFIRN, por la ayuda parcial; Al Dr. Nir Navot por su interés en el trabajo. Al Profesor U. Motro por el asesoriamiento estadístico.

Contribuciones de los autores: N. Boddaert: Estudios de MRI, K.H. Le Quan Sang: coordinación de pacientes y pruebas de laboratorio: A. Rötig: pruebas de laboratorio: A. Leroy-Willig: cálculo de los análisis MRI, S. Gallet: seguimiento hematológico pediátrico; F. Brunelle: estudios MRI; D. Sidi: ecocardiografías; J.C. Thalabard: diseños del ensayo clínico y análisis estadístico; A. Munnich: diseño y supervisión del ensayo, análisis de datos y escritura del papel; Diseño del proyecto de Z.I. Cabantchik, análisis de datos y escritura del artículo. AM y ZIC iniciaron los estudios y tienen igual contribución.

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