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Optimierung Apolipoprotein-modifizierter Albumin-Nanopartikel zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke
(2007)
Das Gehirn höherer Säugetiere ist durch die Blut-Hirn-Schranke vor dem Eindringen toxischer und schädlicher Substanzen geschützt. Allerdings bildet diese Barriere auch ein Hindernis für die gezielte medikamentöse Therapie von Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie zum Beispiel Alzheimer, Gehirntumore oder Parkinson. Leider sind nur wenige potentielle Arzneistoffe für die Therapie dieser Krankheiten in der Lage die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden. Somit stellt die Blut-Hirn-Schranke einen limitierenden Faktor für die Arzneimitteltherapie dar. Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Herstellung, Charakterisierung, in vitro und in vivo Testung Liganden-modifizierter Nanopartikel auf Proteinbasis zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke. Als Ligand wurde das Apolipoprotein E, ein Bestandteil von physiologisch vorkommenden HDL, VLDL und LDL-Partikel, verwendet, welches sich in vorangegangenen Untersuchungen als potentieller Ligand zum Transport von Nanopartikeln ins Gehirn erwiesen hat. Diese so mit Apolipoprotein modifizierten Nanopartikel wurden mit dem Modellarzneistoff Loperamid, einem nicht gehirngängigen Opioid, beladen. Diese Zubereitung wurde Mäusen injiziert und der analgetische Effekt mittels des Tail-Flick-Tests bestimmt. Um auch eine therapeutische Anwendung zu erzielen, wurden Apolipoprotein modifizierte Partikel beladen mit dem Zytostatikum Doxorubicin entwickelt und die chemotherapeutische Effizienz an Gehirntumor tragenden Ratten getestet.
Die Eigenschaften, die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Co-Polymeren auf Basis von a-Hydroxycarbonsäuren und Polyolen, unterscheiden sich deutlich von denn entsprechenden reinen Polymeren ohne Polyolkomponente. Die Polymere dieser Klasse, die sich durch Variation der Parameter Alkoholkomponente, Alkohol/Lactid-Verhältnis, Lactid/Glycolid-Verhätnis, L/DL-Verhältnis ergibt sind äußerst vielfältig. Schwerpunktmäßig wurden Polymere untersucht, die als Carbonsäurekomponente Milch- und/oder Glycolsäure enthalten und bei denen Glycerin oder Ethylenglycol als Polyol verwendet wurde. Diese Arbeit verfolgte zum einen das Ziel, grundlegende Erkenntnisse über die neuartige Polymerklasse zu gewinnen und zum anderen die Eignung dieser Polymere als implantierbares Arzneistoffdepot zu untersuchen. Dabei konnte – wie im ersten Teil dieser Arbeit beschrieben – nur ein Ausschnitt aus dem großen Spektrum der Polymere beispielhaft synthetisiert und untersucht werden. Von vornherein ausgeschlossen waren bei diesen Untersuchungen Polymere, deren Glasübergangstemperatur unter Raum- und über Körpertemperatur lagen. Es sollten so lagerstabile, aber nach Applikation ins Gewebe anpassungsfähige Formkörper erhalten werden. Die Untersuchungen mit den entwickelten Polymerstäbchen haben gezeigt, dass sich die Klasse der Polyol-oligolactide/co-glycoliden von herkömmlichen, reinen Polylactiden bzw. Polylactiden/co-glycoliden in einigen Punkten unterscheidet. So wurde bei keinem der Versuche ein inhomogenes Abbauverhalten festgestellt, wie dies in der Literatur bei reinen Polylactiden/co-glycoliden beschrieben ist. Es kam also nicht zu einem beschleunigten Polymerabbau im Inneren der Stäbchen durch Autokatalyse der sich dort akkumulierenden Milchsäure. Die Glycerol-Polymere scheinen eine ausreichende Diffusion der Degradationsprodukte nach außen zu gewährleisten. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die gleichmäßige Freisetzung von Wirkstoffen. Die Eigenschaften der Polymerstäbchen ließen sich auf unterschiedliche Weise beeinflussen. So konnte ihre Wasseraufnahmefähigkeit durch das Verhältnis der Mischung von L-Polymeren zu DL-Polymeren sehr weit variiert werden. Das amorphe DL-Polymer ermöglicht eine erleichterte Wasseraufnahme gegenüber der reinen teilkristallinen L-Variante. Die Co-Polymerisation mit Glycolid bot eine weitere Möglichkeit, die Eigenschaften der Polymere zu beeinflussen. So stieg bei den Polymeren mit gleichem Glycerin/Monomer-Verhältnis die Hydrophilie in der Reihe GOL-DL-1:18 < GOL-DL-1:13,5:4,5 < GOL-DL-1:9:9 < GOL-L-1:4,5:13,5 an. Die Versuche, die im zweiten Teil der Arbeit beschrieben werden, wurden im Rahmen der Entwicklung eines Applikationssystems für niedermolekulare Cyclooligo-peptide durchgeführt, die in der Krebstherapie eingesetzt werden sollten. Es wurde deutlich, dass die bisher verwendeten Polymerstäbchen für eine solche Anwendung nicht geeignet waren. Sie boten der zur Applikation notwendigen Menge an Peptid eine zu geringe Menge an Polymermatrix, was zu einer hohen Beladungsrate führte. Die Folge war ein mechanisch instabiles System, das nach Implantation zerbrechen könnte und so den Wirkstoff unkontrolliert freisetzen würde. Aus diesem Grund wurde ein Verpressungsverfahren gewählt, um Tabletten beziehungsweise stäbchenförmige Presslinge als Applikationssystem zu erhalten. Für beide Varianten wurde das Polymer gemahlen, die zu untersuchenden Hilfs- oder Wirkstoffe eingemischt und dann verpresst. Bei den Untersuchungen zeigte es sich, dass eine gleichmäßige Freisetzung über mehrere Tage mit diesen resorbierbaren Trägersystemen nicht möglich war. Der Grund hierfür war ein zweiphasiger Verlauf der Freisetzung. Im ersten Teil des zweiphasigen Verlaufs wurde eine große Menge des Wirkstoffes zusammen mit der niedermolekularen Komponente ausgespült. In der zweiten Phase wurde der Wirkstoff im Zuge der Degradation der höhermolekularen Komponente langsam freigesetzt. Der Einfluss des Pressdruckes bei Erstellen der Prüfkörper war für die Freisetzung eher von untergeordneter Bedeutung, während eine vermehrte Zumischung von leicht wasserlöslichen Substanzen oder die Verwendung von hydrophileren Polymeren (DL-Lactide anstelle von reinen L-Lactiden) die Freisetzung des Peptides deutlich erhöhte. Im dritten Teil der Arbeit wurde beispielhaft an den Substanzen Gentamicinsulfat, Methotrexat und einem Cyclo-Oligo-Peptid die Freisetzung aus 13 verschiedenen halbfesten Polymersystemen untersucht. Diese Systeme wurden durch Mischung von nieder- mit höhermolekularen Polymeren hergestellt. Die Menge an freigesetztem Arzneistoff korrelierte erwartungsgemäß mit der Oberfläche der Probenkörper. Die Freisetzung des gut wasserlöslichen Gentamicinsulfats erfolgte aus den Systemen mit einem hohen Anteil an niedermolekularem Polymer sehr schnell und vollständig. Systeme mit überwiegend höhermolekularem Polymer gaben den Wirkstoff weniger schnell frei und es konnte gezeigt werden, dass der Wirkstoff sich in beiden Polymeren der Mischung verteilt. Das Freisetzungsverhalten bei dem in Wasser schwerlöslichen Methotrexat war nicht grundsätzlich anders. Die Verteilung zwischen der höher- und niedermolekularen Phase ähnelt der des Gentamicinsulfates. Eine relativ hohe Beladungsrate mit einem hydrophilen Wirkstoff (EMD 121974) führte zu einer deutlich höheren Freisetzung aus dem höhermolekularen Teil des Polymergemisches, so dass insgesamt eine beinahe vollständige Freisetzung erreicht wurde. Das im vierten Teil der Arbeit untersuchte Beschichten von Hydroxylapatit- Zylindern aus einer Kombination von bFGF mit einem Glycerin-L-1:13 Lactid Polymer führte zu einer gleichmäßigeren Freisetzung als bei Zylindern, die ohne Einsatz von Polymer beschichtet wurden. Außerdem war auch noch nach dem 5. Tag eine Freisetzung von bFGF zu beobachten. Eine signifikante Verzögerung des Einwachsens von Knochen in das Implantat nach 42 und 84 Tagen konnte bei der Gruppe mit bFGF/Polymer-Beschichtung histomorphologisch gezeigt werden. Die Poren des Implantates waren mit dem Polymer gefüllt, was das Einwachsen in den ersten Wochen deutlich erschwerte. Erst nach Beginn der Degradation des Polymers war das Eindringen des umgebenden Knochen möglich. Das Polymer GOL-L-1:12 war also aufgrund seiner langsamen Degradation für eine solche Anwendung ungeeignet. Für eine Verwendung als Beschichtungsmaterial sollte ein Polymer deutlich schneller degradieren und die Beschichtungsdicke müsste optimiert werden. Die Charakterisierung der Polyol-oligolactide/co-glycoliden in dieser Arbeit hat gezeigt, dass es sich bei dieser Polymerklasse um eine sehr interessante Variante der resorbierbaren Polymere handelt. Die einfache Synthese, die gute Bioverträglichkeit und die in sehr weiten Bereichen variierbaren Eigenschaften machen diese Polymere zu vielversprechenden Kandidaten bei der Entwicklung von Arzneimittelträgern oder Medizinprodukten.
Ein Vergleich der Schrift Grimmelshausens mit anderen in der Fürstenspiegelliteratur vertretenen Positionen ergab einen völligen Gegensatz zum rein innerweltlichen ratio status-Begriff Machiavellis, aber auch eine weitreichende Differenz zum rational-scholastischen Denken Thomas von Aquins, das Theologie und Philosophie methodisch und inhaltlich trennt und beiden Wissensbereichen je spezifische Erkenntnisquellen zuschreibt. Grimmelshausens Schrift erweist sich als eine wesentlich theologische, die auf einer biblischexemplarischen Argumentation beruht. Für Grimmelshausen gibt es sowohl eine gebotene als auch eine verpönte ratio status. Weil die gebotene ratio status auch eine erforderliche Selbsterhaltung und Pflege des bonum commune gewährleisten soll, ist sie nicht wesentlich vom tradierten Begriff der prudentia zu unterscheiden. Die verpönte ratio status dagegen dreht die Beziehung der gebotenen ratio status zum Gemeinwohl um: Statt das bonum commune zu suchen, folgt der ungerechte Regent ausschließlich seinem bonum privatum. Um die ethische Neutralität dieses Strebens genauer zu artikulieren, wird angedeutet, dass der von der verpönten ratio status geleitete Regent per fas vel nefas handelt. Obwohl weder nach göttlichem noch nach natürlichem Recht Menschen dazu bestimmt sind, über andere Menschen zu herrschen, wird Grimmelshausen zufolge legitime politische Herrschaft in der Regel von Gott mittels des Volkes übertragen. Daher soll das Volk (mit Hilfe Gottes) seine politische Führung selbst bestimmen. Das heißt, dass das Volk berechtigt ist, über die Tugend und Aufrichtigkeit des künftigen Regenten selbst zu entscheiden. Um seine Deutung der Versuchung und Verwerfung des ersten israelitischen Königs zu begründen, stellt Grimmelshausen Sauls ursprüngliche Demut und Tugendhaftigkeit im Einzelnen dar. Saul wird anfänglich mit diesen königlichen Eigenschaften geschildert, um seine spätere Entwicklung zum Tyrannen als Ergebnis seiner Überheblichkeit gegen Gott und seiner fehlenden Selbsterkenntnis zu begründen. Diese Interpretation wird von Grimmelshausen verwendet, um seine Auffassung von der verpönten ratio status mit tradierten Vorstellungen der Tyrannen-Lehre zu verbinden. Anhand der Geschichte Davids stellt der Autor seine theologisch geprägte Erläuterung der gebotenen ratio status exemplarisch dar. Hier wird auch deutlich gemacht, dass die grundlegende Differenz zwischen David und Saul in ihrer unterschiedlichen Einstellung zu Gott besteht und nicht in ihrem äußeren Verhalten. Die Demut und Selbsterkenntnis Davids erlauben es ihm - trotz seiner moralischen Verfehlungen - seine Beziehung zu Gott zu festigen und der gebotenen ratio status zu folgen. Die biblische Darstellung Jonathans wird vom Autor benutzt, um die religiös-politische Rolle von Freundschaft in seiner Vorstellung der gebotenen ratio status näher zu bestimmen. Grimmelshausen betont die tradierte Ansicht, dass die Freundschaft tugendhafter Menschen eine wirkungsvolle Abwehr gegen die Gefahren der verpönten ratio status des Tyrannen bildet. Das unglückliche Ende Jonathans wird dann benutzt, um die politischen Dimensionen der Theodizee-Problematik zu diskutieren. Anschließend verwendet der Autor die Gestalt Joabs, des Heerführers Davids, um Standeserhalt als ein ethisches und politisches Problem einzuführen. Die Besonderheit dieser Diskussion liegt darin, dass sie versucht, die Verpflichtungen übertragener politischer Autorität zu begründen. Grimmelshausen versucht direkte Beobachtungen aus der damaligen Gesellschaft aufzuarbeiten, um die Entstehung und Wirkung der verpönten ratio status zu untersuchen. Dazu benutzt er die Gestalt Oliviers aus Simplicissimus Teutsch. Anhand dieser Verkörperung eines Räuber-Königs wird Machiavellis Vorstellung von der virtú des ethisch-autonomen Regenten in die Diskussion des Autors eingeführt, um einen Kontrast zu der politischen Tugend der frommen Regenten darzustellen. Dabei stellt sich heraus, dass die Entstehung der machiavellischen Mentalität von der luxuria und avaritia des damaligen Handelskapitalismus ermöglicht wurde. In seinen politisch-ethischen Schriften kann Grimmelshausen sich darauf verlassen, dass er einen Grundstock von christlich-biblischen und antiken Vorstellungen und Topoi mit seiner Leserschaft teilt. Dementsprechend kann man eine kontrastive Auseinandersetzung mit der Problematik der ratio status vor dem Hintergrund dieser Gemeinsamkeiten durchführen. Um Zeugnisse dieser Zeit begreiflich zu machen, muss man versuchen, sie in ihrem konkreten historischen und kulturellen Kontext zu verstehen, weil nur in diesem Kontext ihre politischen Absichten sichtbar gemacht werden können, die sich – im Falle Grimmelshausens – sowohl gegen die Entwicklung des modernen Kapitalismus als auch gegen die Herausbildung des absolutistischen Staates richten. Diese Voraussetzungen haben durch die Entwicklung der Politik als eine Erfahrungswissenschaft vieles von ihrer Verständlichkeit verloren. Die Vorstellung, dass die antike Tradition oder die Bibel zeitlos gültige Normen liefern oder dass sie übertragbares Erfahrungswissen oder gültige Analogien und brauchbare Präzedenzfälle bereitstellen, kann heute nur mit Mühe nachvollzogen werden. Die damals vertrauten Ideen, dass Politik die Lehre vom guten und gerechten Leben sei oder dass Ethik, Politik und Ökonomie nicht wahllos auseinandergetrennt werden dürfen, haben vieles von ihrer Selbstverständlichkeit verloren. Eine kontrastive Untersuchung der Gegensätze zwischen Grimmelshausens heilsgeschichtlichem Verständnis biblischer Vorbilder und den innovativen Vorstellungen einiger anderen politischen Denker der Frühen Neuzeit soll exemplarisch zeigen, dass die gleichen Topoi, Personen und Episoden unterschiedliche politische Interpretationen hervorrufen konnten. In einer Zeit, in der das tradierte Verständnis des Königtums und politische Legitimation im Allgemeinen sich grundsätzlich wandelte, konnte diese exegetische Vielfalt als Ausdruck grundlegender politischer Konflikte verstanden werden. Indem man die eher herkömmlich geprägten Beispiele politischer Argumentation in der Arbeit des Autors mit der pragmatischen Rezeption alttestamentarischer Gestalten und Episoden seitens einiger Anhänger des erstarkten Königtums vergleicht, kann man feststellen, dass bereits ein epochaler politischer Wandel sich ankündigte. Die Vermutung liegt nahe, dass durch diesen Wandel die alte sakrale Geschichtsauffassung umgestaltet werden musste, wie Bossuets Discours sur l’histoire universelle deutlich zeigt. Trotz ihrer antiabsolutistischen Absichten war die politische Wirkung der Schrift Grimmelshausens sowohl begrenzt als auch kurzlebig: Mit dem Aufkommen eines säkularen Geschichtsverständnisses verlor die heilsgeschichtlich begründete Darstellung antiabsolutistischer Argumentation weitgehend an Überzeugungskraft. Auf der einen Seite hat diese Entwicklung wohl zu einer Versachlichung politischer Argumentation geführt. Andererseits hat sie zu einer Verschleierung der politischen Intentionen des Autors beigetragen.
Die zunehmende Resistenzentwicklung bei der Therapie gegen Herpes Simplex Viren vom Typ-1, besonders bei immundefizienten Patienten, erfordert die Entwicklung von Therapie-Alternativen. In Anlehnung an die Erkenntnisse der Traditionellen Chinesischen Medizin, die sich die Wirksamkeit von Heilpflanzen zu Nutze macht, wurde in dieser Arbeit das antivirale Potential von Extrakten aus Rheum Spezies gegen HSV-1 untersucht. Rheum oder Rhabarber gehört zur Familie der Polygonaceae. Die hier verwendeten Extrakte stammen aus den Wurzeln und Rhizomen von Rheum palmatum L. und Rheum rhaponticum, welche ursprünglich aus Asien stammende Heilpflanzen sind. Rheum ist reich an polyphenolen Inhaltsstoffen der Gruppe der Flavonoide und Tannine, welche Gegenstand der Forschung sind und denen schon vielfache pharmakologische Wirkungen zugesprochen wurden. Die antivirale Wirksamkeit von Rheum wurde bislang nur in der chinesischen Literatur veröffentlicht, wo bestimmte Untersuchungen mit HBV und HSV vorgenommen wurden. Hier wurde in einem Zellkulturmodell mit Vero-Zellen eine antivirale Testung vorgenommen. Die Auswirkungen der Rheum Extrakte auf den durch HSV-1 verursachten zytopathischen Effekt wurden untersucht. Eine Verminderung oder das Fehlen des CPE wurde als antivirale Wirksamkeit gewertet. In zwei Versuchsreihen, einmal mit simultaner Beimpfung der Vero-Zellen mit Virus in einer MOI von 0,01 und Extrakten in Konzentrationen von 500µg/ml bis 4µg/ml und dann mit viraler Vorinkubation von 1, 6 und 24 Stunden wurde das Verhalten der Zellen beobachtet. Unter dem Auflichtmikroskop wurde das Ausmaß des CPE beurteilt und anschließend mit Hilfe des Computerprogramms CalcuSyn die IC50 Werte berechnet. Der Wert der 50% inhibitorischen Konzentration sagt aus, bei welcher Extraktkonzentration 50% der Zellen einen CPE aufweisen und ist somit Maß für die antivirale Wirksamkeit. Weiterhin wurden die Rheum Extrakte mittels MTT-Assay auf ihre Zytotoxizität hin untersucht und der TC50 Wert als Maß der Toxizität berechnet. Der aus IC50 und TC50 berechnete Therapeutische Index setzt Wirksamkeit und Toxizität in Relation und ist ein Wert für die mögliche Validität einer Substanz. Je höher dieser Wert, desto viel versprechender die Substanz. Besonders Extrakte 9, 10 und 17 bedürfen der genaueren Betrachtung, da sie in der vorliegenden Untersuchung Therapeutische Indexe von >12, >9,8 und >17,9 gezeigt haben. Dies deutet auf ein antivirales Potential, bei keiner nachweisbaren Zytotoxizität in verwendeten Konzentrationen, hin. Im Vergleich zeigte Aciclovir einen TI von 22. Mit diesen drei Substanzen wurde der Versuch dann mit viraler Vorinkubation von 1, 6 und 24 Stunden wiederholt. Vor Allem Extrakt Nr. 17 zeigte auch bei Vorinkubation von einer und sechs Stunden mit einem IC50 von 80µg/ml und 95,5 µg/ml eine signifikante Reduktion des CPE. Dies gibt einen Hinweis auf die mögliche Art des Wirkmechanismus, denn Zeichen der Wirksamkeit trotz Vorinkubation sprichen für eine Intervention im späteren Stadium des viralen Replikationszyklus. Problematisch ist die Übertragung der hier ermittelten in vitro Ergebnisse auf in vivo Verhältnisse. Allerdings sind die Ergebnisse vielversprechend und eine weiterführende Untersuchung erscheint lohnenswert. Hier ist vor Allem die genaue Charakterisierung und Isolierung der Inhaltsstoffe der wirksamen Extrakte notwendig. Nachfolgend könnte die Wirksamkeit der ermittelten Polyphenole in einem Tierversuch verifiziert werden.
Anti-T-Lymphozyten-Globuline (ATG) sind Immunglobuline zur Anwendung am Menschen. Sie werden aus den Seren von Kaninchen oder Pferden gewonnen, die zuvor mit humanen Thymozyten oder einer etablierten humanen T-Zell-Linie immunisiert wurden. ATG besitzen ein sehr starkes immunsuppressives Potenzial. In der klinischen Anwendung werden sie überwiegend bei Organtransplantationen, Knochenmarktransplantationen und zur Behandlung einzelner Autoimmunerkrankungen, wie z. B. der aplastischen Anämie, eingesetzt. Wissenschaftliches Ziel der Arbeit war, einen umfangreichen Beitrag zur immunologischen Charakterisierung und Spezifizierung unterschiedlicher ATG-Präparate zu erbringen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung und Validierung experimenteller Methoden, sodass die bisher verwendeten Praktiken der Wirksamkeitsprüfung von ATG entsprechend dem Stand der Wissenschaft abgelöst und der Tierversuch (Affenhaut-Transplantationstest; Balner H et al., 1968) ersetzt werden können. Darüber hinaus wurde in diesem Zusammenhang der Entwurf einer Arzneibuch-Monografie für ATG vorgelegt. Der immunsuppressive Wirkmechanismus von ATG ist selbst nach 40 Jahren klinischer Erfahrung nicht eindeutig geklärt. Ihre Wirksamkeit vermitteln sie über ihre spezifische Bindung an Lymphozyten, woraus sich modellhaft vier Effekte unterscheiden lassen: Die Reihe der Fc-abhängigen zytotoxischen Mechanismen, eine von ATG ausgelöste Aktivierung, eine über Todesrezeptoren (z.B. Fas/Apo-1) von ATG direkt induzierte Apoptose sowie die Maskierung von Rezeptoren. Die zytotoxische Wirkung von ATG und die Induktion des programmierten Zelltodes (Apoptose) wurde am Durchflusszytometer (FACS) nach Färbung der toten Zellen bzw. durch den Nachweis von DNA-Fragmentierung analysiert. Der Einfluss von ATG auf die Lymphozyten-Aktivierung in vitro sowie auf die gemischte Lymphozyten-Reaktion (mixed lymphocyte reaction, MLR) wurde durch Messung der Lymphozyten-Proliferation anhand des Einbaus von radioaktiv markiertem Thymidin bestimmt. Biochemisch wurden die in ATG enthaltenen anti-Lymphozyten-Antikörper durch den sog. Kinase-Assay charakterisiert. In einer nicht radioaktiven Methode wurden Zelloberflächenmoleküle zunächst biotinyliert. Nach Lyse der Zellen wurden die Proteine mit ATG präzipitiert, gelelektrophoretisch aufgetrennt sowie mittels Streptavidin und Chemilumineszenz im Westernblot nachgewiesen. Für das Verständnis der klinischen Wirksamkeit von ATG ist die Aufklärung der molekularen Mechanismen der komplement-unabhängigen, zytotoxischen Wirkung von erheblicher Bedeutung, da die enorme zytolytische, aber auch die breite immunsuppressive Wirkung von ATG nicht allein durch die Fc-abhängige Zytotoxizität erklärt werden kann. ATG können bei bestimmten Zielzellen Fas-abhängige Apoptose auslösen; darüber hinaus sind ATG aber auch in der Lage, einen komplement-unabhängigen Zelltod in Fas-resistenten Zell-Linien und T-Zell-Klonen, die resistent gegenüber aktivierungsinduziertem Zelltod (AICD) sind, auszulösen. In Kompetitionsversuchen konnte gezeigt werden, dass ATG entsprechende Antikörper-Spezifitäten gegen das Molekül CD95 (Fas/Apo-1) enthalten. Ferner konnten wir nachweisen, dass die durch ATG initiierte Fas-abhängige Apoptose und/oder der AICD durch Fas-neutralisierende Antikörper inhibiert werden können, was auch von anderen Arbeitsgruppen gezeigt wurde (Genestier L et al., 1998). Die DNA-Fragmentierung, als Nachweis von Apoptose, lässt sich nach der ATG-Inkubation von Fas-sensitiven Zielzellen durch Inhibitoren der Caspase-1 (Z-VAD-FMK) komplett sowie durch Inhibitoren der Caspase-3 (Ac-DMQD-CHO) und -6 (Ac-VEID-CHO) teilweise inhibieren. Die zytotoxische Wirkung von ATG lässt sich jedoch nicht in gleichem Maße durch Inhibitoren der Caspase-1 reduzieren, wie bei einem Apoptose induzierenden mAk gegen Fas. Es wird deutlich, dass ATG eine breit gefächerte zytotoxische Wirkung auf verschiedene Zellpopulationen ausüben, die alle mehr oder weniger eine Rolle in der klinischen Wirksamkeit von ATG spielen können. ATG sind in der Lage, periphere blutmononukleäre Zellen (PBMC) zu aktivieren, wobei der Proliferationsindex in etwa dem eines Standardmitogens, wie z. B. Phytohämagglutinin (PHA), entspricht. Isolierte T-Lymphozyten werden ebenfalls aktiviert, zeigen jedoch eine geringere Proliferationsrate. In PHA-Blasten lassen sich schwache Veränderungen im Muster der Protein-Tyrosin-Phosphorylierung erkennen, wobei eine gewisse Ähnlichkeit im Bandenmuster sowie in der Intensität zwischen der Stimulation mit ATG und dem anti-CD2 mAk zu erkennen ist. Im Unterschied zu publizierten Studien konnte in dieser Arbeit kein spezifisch hemmender Effekt der ATG auf die MLR nachgewiesen werden. Aus den Untersuchungen zur Charakterisierung der ATG hat sich der komplement-abhängige Zytotoxizitätstest, gemessen am Durchflusszytometer, als die Methode herausgestellt, die, bezogen auf den Wirkmechanismus der ATG und im Hinblick auf eine Routineanwendung in der Chargenprüfung, am besten geeignet ist. Eine Evaluierung der Methode wurde im Rahmen eines Ringversuches, an dem sich sieben verschiedene Labore beteiligten, durchgeführt. Die mittlerweile gültige Arzneibuch-Monografie für ATG (Ph. Eur.: 1928) sieht diese in vitro Methode zur Wirksamkeitsprüfung von ATG vor, womit die Voraussetzungen zur Abschaffung des Affenhaut-Transplantationstests geschaffen wurden. Neben einer zellulären Charakterisierung der ATG konnte gezeigt werden, dass sich insbesondere biochemische Methoden, wie z. B. der Kinase-assay oder die Biotinylierung von Zelloberflächenmolekülen, sehr gut zur Identitätsprüfung von ATG eignen. Mit beiden Methoden ließen sich produktspezifische Bande nachweisen. Im Rahmen der Entwicklung von ATG sind diese Methoden geeignet, die Konsistenz der Chargenproduktion zu überprüfen, sodass auch hier Alternativen zum Tierversuch vorhanden sind.
Grundproblematik und Zielstellung: Masern- und Mumpsinfektionen sind als typische Kinderkrankheiten bekannt, die in der Regel komplikationslos verlaufen und eine lebenslange Immunität hinterlassen. Es gibt jedoch, vor allem bei der Erkrankung im Erwachsenenalter oder von kleinen Kindern und immungeschwächten Personen, auch schwerwiegendere Verläufe. Diese bringen häufiger Komplikationen (Masernpneumonie mit einer Häufigkeit von 1:1000, sowie das Enzephalitisrisiko) mit sich, können bleibende Schäden verursachen oder führen selten sogar zum Tod. Aus diesem Grund ist seit 1973 eine Impfung gegen Masern sowie seit 1976 eine Impfung gegen Mumps (in Kombination mit Röteln als MMR seit 1980) öffentlich empfohlen. Diese Ausarbeitung soll nun den Verlauf der Immunitätslage der Bevölkerung in den Jahren 2001 bis 2005 darlegen und das Vorhandensein von etwaigen Immunitätslücken bezüglich dieser Krankheiten untersuchen. Methodik: Zur Bestimmung der Immunität wurden Serumproben ausgewertet, die am Institut für Medizinische Virologie des Universitätsklinikum Frankfurt am Main vom 1. Januar 2001 bis zum 31. Dezember 2005 auf Antikörper gegen Masern (n = 3.405) und Mumps (n = 2.875) untersucht wurden. Bei der Bestimmung der Seroprävalenzen wurde nach Altersgruppe und Geschlecht differenziert. Ergebnisse: Sowohl bei Masern als auch bei Mumps sind bei tendenziell abnehmender Immunität zum Teil erhebliche Immunitätslücken zu finden. Die masernspezifischen Antikörper stiegen zunächst bis zum Jahr 2003 auf 95,7 % Seropositive an, fielen jedoch bis 2005 stetig wieder auf 75,2 % ab. Die immunitätanzeigenden Antikörper gegen Mumps erreichten in keinem der Jahre Werte über 60 %. Im Bezug auf das Geschlecht wiesen in der Regel die Frauen höhere Immunitätsraten auf als die Männer. Im Vergleich der Altersgruppen zeichneten sich bei beiden Krankheiten deutliche Immunitätslücken im Kindesalter sowie bei den Jugendlichen und im jungen Erwachsenenalter ab. Bei den Masern waren nahezu kontinuierlich über den gesamten Untersuchungszeitraum Immunitätslücken bei den Altersgruppen der 1 bis 4 Jährigen und der 15 bis 19 Jährigen erkennbar, die zwischen 20 und 50 % lagen und von 2001 bis 2005 zunahmen. Die Immunität im Erwachsenenalter war grundsätzlich höher als im Kindesalter, zeigte jedoch ebenfalls über die Jahre fallende Tendenzen und nahm 2005 durchschnittliche Werte von knapp 90 % an. Ab dem 60. Lebensjahr sank der Anteil der Seropositiven jedoch wieder auf im Mittel 75 % ab. Bei Mumps lagen die Immunitätsraten im gesamten Kindesalter kaum höher als 70 %, 2005 sogar unter 50 %. Im jungen Erwachsenenalter stieg die Anzahl der Seropositiven dann zögerlich von Werten um die 60 % bei den 20 bis 29 Jährigen auf 80 bis 90 % bei den 40 bis 59 Jährigen an. Ab dem 60. Lebensjahr nahm der Anteil der Seronegativen ähnlich wie bei den Masern zu. Folgerungen: Die vorliegende Arbeit zeigt, dass weiterhin Immunitäts- und Impflücken bei Masern und Mumps bestehen und sich diese sogar bis zum Jahr 2005 in ihrer Größe ausgedehnt haben. Vielmehr als zuvor weisen nun auch höhere Altersgruppen größere Immunitätsdefizite auf. Folge hiervon sind die steigenden Erkrankungszahlen im Erwachsenenalter und die dadurch bedingte Erhöhung der Komplikationsraten im Krankheitsfall. Es gilt also, auch in Anbetracht des von der WHO gesetzten Ziels der Maserneradikation, verstärktes Augenmerk auf den Erhalt und den Ausbau der Populationsimmunität bei Masern und Mumps zu legen. Um weitere Ausbrüche dieser Krankheiten zu verhindern, muss das Impfverhalten in der Bevölkerung dringend verbessert werden. Ziel ist es hierbei, Impfraten von mindestens 95 % für die erste Applikation zu erreichen.
Nachweis von zentral wirksamen Arzneimitteln im Kopfhaar psychiatrischer Patienten mittels LC-TOF MS
(2007)
Es handelt sich bei meiner Arbeit um haaranalytische Untersuchungen, welche häufig zum forensischen Nachweis von illegalen Drogen oder zentralwirksamen Arzneimitteln im Haar eingesetzt werden, was auch noch Monate bis Jahre nach erfolgter Einnahme möglich ist. Eine der Fragestellungen dieser Arbeit war, ob sich die mittlerweile universell eingesetzte Detektionsmethode LC-TOF MS mit der in der Haaranalyse etablierten Methanolextraktionsmethode zu einem Haarscreeningverfahren kombinieren lässt, welches einfach und schnell durchführbar ist und sensitiv viele Substanzen umfasst. Bei speziellen Fragestellungen sind bisher noch zeitintensive Sonderaufarbeitungen nötig, so dass ein breitgefächertes Screening auf die am häufigsten eingenommenen Psychopharmaka und Betäubungsmittel sehr sinnvoll wäre. Weiterhin sollte überprüft werden, ob sich auch hochpotent wirksame Arzneimittel nach therapeutischer Einnahme in ausreichend hohen Konzentrationen ins Haar einlagern. Ausserdem bestand die Frage, ob auch einmalige Einnahmen von Psychopharmaka mit dem TOF zuverlässig erfasst werden können, was z.B. im Fall von KO-Mittelbeibringung von großer kriminalistischer Bedeutung ist, aber bisher nur in Einzelfällen untersucht wurde. Die Dissertation setzt sich aus mehreren Themenbereichen zusammen. Nach der Selektion von 51 zu untersuchenden psychotropen Substanzen habe ich Voruntersuchungen zur Haaraufbereitung gemacht. Um eine optimale Lösung der Substanzen aus der Haarmatrix zu erreichen testete ich die enzymatischen Lyse als Alternative zur methanolischen Extraktion. Dann validierte ich die neu auf dem Markt erschienene und noch wenig beforschte Detektionsmethode des LC-TOF MS und legte nach den statistischen Vorgaben der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie die linearen Arbeitsbereiche und Nachweisgrenzen für jede Substanz fest. Ausserdem verglich ich bei der Auswertung dieser Versuchsreihen die manuelle Integration mit der automatischen Suche mittels MFE hinsichtlich Sensitivität und Spezifität, um die Frage zu klären, ob sich der enorme zeitliche Aufwand bei trotzdem akeptabler Qualität der Ergebnisse reduzieren lässt. Weiterhin wird in der Arbeit die Nachweisempfindlichkeit nach Haaraufbereitung mit und ohne Derivatisierung verglichen. Schliesslich wurde die Zuverlässigkeit der Haaranalyse auf Psychopharmaka anhand einer Patientenstudie untersucht, wozu ich eine klinische Studie an 40 geschlossen-stationären Patienten des Zentrums für Psychiatrie hier an der Uniklinik durchführte. Zusätzlich wurden einige forensische Fälle aufgearbeitet und auch einmalige Medikamenteneinnahmen von stationären Patienten untersucht, um zu sehen, ob das LC-TOF MS empfindlich genug misst zur Detektion dieser wesentlich niedrigeren Haarkonzentrationen. Ergebnisse: Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Analyse von Haaren auf ihren Substanzgehalt mittels LC-TOF MS einige Vorteile gegenüber alternativen Detektionsmethoden aufweist. Die Eignung als Screeningmethode wird von den Untersuchungsergebnissen belegt und der Nachweis der untersuchten 51 Substanzen ist sehr sensibel möglich. Zur Beurteilung eines fraglichen Arzneimittelmissbrauchs ist die Empfindlichkeit voll ausreichend und für Psychiatriepatienten als Überprüfung der Compliance äußerst sinnvoll. Für Fragestellung nach Verabreichung von KO-Mitteln hingegen werden einmalige Einnahmen nicht zuverlässig genug detektiert. Die praktische Relevanz der Detektion mit LC-TOF MS hat zur Etablierung als Routinemethode im toxikologischen Labor der Rechtsmedizin Frankfurt geführt. Die noch sehr zeitaufwändige Datenauswertung der dargestellten Messreihen könnte zukünftig durch Weiterentwicklung der Software sicher deutlich optimiert werden.
Die Erstellung und Auswertung der Frankfurter HIV-Resistenzdatenbank dient der Analyse von Prävalenzen von Primär- und Sekundärmutationen im HIV-Genom für die spezifischen antiretroviralen Medikamente sowie der Untersuchung von Korrelationen von Punktmutationen in der Protease mit klinischen Parametern. Die hier vorgestellte allgemeine Datenbankauswertung bestätigte die in der Literatur beschriebene nur geringe Mutationsprävalenz in der Protease, sowohl im Bereich der Primärmutationen (AS-Pos. 30, 46, 48, 50, 82, 84 und 90) also auch der Sekundärmutationen. Ebenso zeigte sich, dass die Ausbildung von Mutationen unter Selektionsdruck durch eine antiretrovirale Therapie deutlich über der von ART-naiven Patienten liegt. Die Untersuchung von Patienten mit niedriger Virusbeladung (Low-level-Patienten) konnte zeigen, dass auch bei Sequenzierungen mit geringem Virusmaterial aussagefähige Ergebnisse zu erzielen sind. Die Mutationen passten sowohl zu den entsprechenden Vortherapien als auch zu den klinischen Parametern, wie Viruslast und CD4+-Zellzahl. Das Verfahren der Genotypisierung stellt daher auch für Patienten mit einer niedrigen Viruslast (< 1000 Kopien/ml Blut) eine geeignete Methode dar, um Fragestellungen nach Mutationen, Therapieverläufen und Resistenzentwicklungen zu beantworten. Die Analyse von Patientenverläufen aus dem Low-level-Kollektiv bestätigte die reziproke Korrelation zwischen Viruslast und CD4+-Zellzahl. Auch hier spiegelte sich in den Ergebnissen der Genotypisierungen der jeweilige klinische Verlauf wider. Die Auswertung von Mutationsveränderungen unter Therapiewechseln bzw. ARTPausen lässt den Erfolg von Therapiepausen zur Rückbildung von Mutationen kritisch betrachten. Bei dem Frankfurter Kollektiv kam es bei allen Patienten nach erneutem Therapiebeginn zu einer Reselektionierung der ursprünglichen Mutationen und war mit einem erneuten Therapieversagen verbunden. Die STI konnte hier zu keiner langfristigen Reduktion der Resistenzen führen. Ebenso wurde deutlich, dass auch bei einem bereits vielfach mutierten HIV-Genom zusätzliche Mutationen selektioniert werden können. Insgesamt gesehen zeigen die Auswertungen aller hier zugrunde liegenden Daten, dass die Genotypisierung eine unverzichtbare diagnostische Methode darstellt, ohne die für den Patienten eine effiziente und optimale medikamentöse Therapie nicht gewährleistet werden kann.
Die Atherosklerose stellt eine der Haupttodesursachen der westlichen Zivilisation dar. Die Karotisbifurkation ist eine der Lokalisationsorte für die Formierung einer atherosklerotischen Läsion, die sich nach Lumeneinengung schliesslich in neurologischen Symptomen bemerkbar machen kann. In einer fortgeschrittenen, symptomatisch gewordenen Karotisplaque kann als charakteristisches Merkmal oftmals ein in der Literatur unter dem Begriff der „Ruptur“ bekannte Oberflächendefekt ausgemacht werden. Es gibt allerdings gehäuft Hinweise über eine Thrombusausbildung auf einer intakten Plaqueoberfläche. Es wird vermutet, dass hier apoptotische Endothelzellen eine entscheidende Rolle bei Veränderungen der Gefässwand spielen, die letzlich für die Thrombusbildung verantwortlich ist. Aus diesen Überlegungen heraus untersuchten wir in der vorliegenden Studie das Ausmaß von Endothelzellapoptosen innerhalb eines Karotisplaque bei symptomatischen und asymptomatischen Patientengruppen. Insgesamt wurden 38 stationäre Patienten mit einer ≥70%-igen ACI-Stenose in die Studie eingeschlossen. Als symptomatisch galten die Patienten, die im Sinne von retinalen oder zerebralen TIA’s oder durch sog. „minor strokes“ in einem Zeitraum von 60 Tagen vor dem Operationstag auffällig geworden waren. Das asymptomatische Patientengut bestand aus den Patienten, bei denen die Karotisstenose als „Zufallsbefund“ aus Routineuntersuchungen in Klinik oder bei niedergelassenen Kollegen entdeckt wurde. Die Plaques wurden “en bloc” exzidiert. In den überwiesenden 33 Fällen wurde die Eversionstechnik durch den Operateur angewendet, bei der das Restlumen unbeschädigt bleibt. Nach Entfernung wurden die Präparate umgehend in 4%-iges Formalin fixiert. Nach Dekalzifizierung erfolgte die transversale Sektionierung in 2mm Scheiben. Jeder 2mm Block wurde in Paraffin eingebettet. Insgesamt wurde dann die Gesamtheit aller 279 Blöcke weiter in 3μm dicke Sektionen geschnitten. Das Vorliegen einer rupturierten Gefässwand wurde als ein intimaler Defekt grösser als 1000μm Breite definiert und für jedes Präparat dokumentiert. Die vitalen Zellen der Endothelschicht wurden durch ein standardisiertes Färbeprotokoll (CD31 Immunhistochemie) sichtbar gemacht. Apoptotische Endothelzellen konnten nach Anwendung der TUNEL-Technik visualisiert werden. Die Färbemethoden wurden jeweils zur Orientierung an angrenzenden Sektionen des Plaques durchgeführt. Die Bilder wurden digitalisiert und bei 40-facher Vergrösserung ausgezählt. Eine Endothelzelle wurde als apoptotisch gewertet, wenn sie jeweils eine positive CD31-Markierung sowie eine positive TUNEL-Färbung in angrenzenden Gewebsschnitten auf sich vereinte. Um das Ausmass der Apoptosen in den Reihen des Endothels zu quantifizieren wurde zunächst die Prozentzahl apoptotischer Endothelzellen pro Plaque Sektion ermittelt und anschliessend durch Berechnung des Medians aller konsekutiven Sektionen die mittlere Prozentzahl apoptotischer Zellen erhoben. Insgesamt war das Auftreten von Apoptose innerhalb des Endothel rar; trotzdem zeigte die symptomatischen Patientengruppe eine signifikant höhere mittlere Prozentsatz apoptotischer Endothelzellen im Vergleich zu dem asymptomatischen Kollektiv. Zwischen den rupturierten und unrupturierten Plaques konnte kein signifikantes Ergebnis erzielt werden, beide Gruppen unterschieden sich kaum. Trotz des möglichen Stellenwerts apoptotischer Endothelzellen bei der fortgeschrittenen Atherosklerose existieren bis heute keine Studien, die das Ausmass derselben in Beziehung zu klinischen Symptomen gebracht haben. Bislang konnte der Nachweis dieser Zellreihe in atherosklerotischen Karotisplaques besonders im poststenotischen Bereich erbracht werden. Veränderungen lokaler Hämodynamik scheinen hier eine Rolle bei der Induktion von Apoptose zu spielen. Da in der hier vorliegenden Arbeit sich der Grad der Stenose kaum unterscheidet müssen alternative Wege bestehen, die Apoptose in atheromatösen Plaques fördert. Apoptotische Endothelien fördern ihrerseits prokoagulatorische Eigenschaften durch vermehrte Expression von thrombogenen Faktoren der Gerinnungskaskade. Das klassische Dogma der Plaqueruptur mit konsekutiver Freilegung des nekrotischen Kerns und Thrombusbildung muss daher erweitert werden, da nicht alle Plaques der vorliegenden Studie diese Oberflächendefekte aufwiesen. Durch das leichte Übergewicht des symptomatischen Kollektivs lassen sich diese Theorien der Apoptose als kritischer Faktor in der Progression atherosklerotischer Herde weiter untermauern, benötigen aber weitere Studien um unter Umständen völlig andere Mechanismen aufzudecken.