Validierung von in vitro Modellen zur Blut-Hirn Schranke

Forschungsprojekt P 14582Validierung von in vito Modellen zur Blut-Hirn SchrankeChristian R. NOE09.10.2000 Glutamat ist einer der grundlegenden Neurotransmitter im Gehirn, der an einer Vielzahl von Rezeptoren angreift. In diesem Zusammenhang besitzt der NMDA-Rezeptor sowohl aufgrund seiner Komplexität als auch aufgrund seiner fundamentalen Rolle im Zusammenhang mit Lernprozessen und Gedächtnis eine besondere Rolle. Weiters wurde der NMDA-Rezeptor mit Erkrankungen wie Epilepsie, Parkinson, Demenz und Schlaganfall in Zusammenhang gebracht. Eine spezielle Eigenschaft des NMDA-Rezeptors besteht in der Tatsache, dass neben dem Agonisten Glutamat und einer Reihe von Modulatoren (Spermine, Magnesium) auch ein Coagonist (Glycin) erforderlich ist. Die Glycin- Bindungsstelle wird daher von mehreren Arbeitsgruppen intensiv bearbeitet. Liganden mit hoher Affinität würden sich nicht nur für Rezeptorstudien sehr gut eignen, sondern wären auch erfogversprechende Arzneistoffe. Eine Verbindung befindet sich zur Zeit auch bereits in Klinische Phase III Prüfungen. Ein in diesem Zusammenhang allerdings sehr oft beobachtetes Phänomen ist der fehlende Zusammenhang zwischen der Rezeptoraffinität der Verbindungen und der Wirksamkeit in vivo. Dies ist mit Sicherheit auf das Vorhandensein einer Blut-Hirn- Schranke zurückzuführen, die eine Gate-Keeping Funktion für das Gehirn wahrnimmt. Simple, auf der Lipophilie der Arzneistoffe beruhende Modelle, sind meist nicht in der Lage, Blut-Him-Gängigkeit zuverlässig vorherzusagen. Das Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung und Validierung einer Reihe von Modellen zur Blut-Hirn- Schranke, basierend auf der Ermittlung physikochemischer Parameter, der Entwicklung von Endothelzell-basierten Diffusionsmodellen und theoretischen Ansätzen. Diese Modelle werden anhand publizierter in vivo Daten validiert und anschließend Hauptkomponenten- und Partial Least Squares-Analysen unterworfen. Diese Verfahren sollten zu einem allgemein anwendbaren Modell der Blut-Hirn-Schranke führen, das die Grundlage für die Entwicklung neuer ZNS-Pharmaka darstellt. Dieses Modell wird dann speziell zum Screenen unser Substanzdatenbank von Glycin-Antagonisten herangezogen werden. Die Ergebnisse werden nicht nur das Design neuer Verbindungen ermöglichen, sondern auch Einblicke in jene strukturellen Parameter liefern, die sowohl für Einstrom von Substanzen in das Gehirn wie auch für aktiven Hinaustransport wesentlich sind.

Durch die sogenannte Blut-Hirn Schranke wird das Gehirn vom Blutstrom getrennt. Im Bereich der ZNS-Pharma Entwicklung ist es daher von vitalem Interesse, dass die Arzneistoffe die Blut-Hirn Schranke überwinden können. Im Gegensatz dazu sollten Substanzen, die peripher wirken, die Blut-Hirn Schranke nicht überwinden können, um zentralnervöse Nebenwirkungen zu vermeiden. Obwohl zahlreiche Untersuchungen an der Blut-Hirn Schranke durchgeführt wurden, und auch mehrere Modelle in der Literatur vorgestellt wurden, ist zurzeit kein Standardmodell verfügbar, das für eine Verwendung im Bereich der Arzneistoffentwicklung validiert wurde. Dieses Projektes hatte daher zum Ziel, in vitro Modelle zur Blut-Hirn Schranke zu entwickeln und diese vor allem auch für Leitsubstanzselektion und -optimierung zu validieren. Im Rahmen des Projektes konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: Das in der Fachliteratur etablierte Transwell-System konnte in Hinblick auf seine Reproduzierbarkeit deutlich verbessert werden, sodass die Daten nun als Basis für Computermodelle dienen können. Validierte Daten sind die Grundvoraussetzung für in silico Modelle mit hoher Vorhersagekraft. Eine Molekülserie basierend auf Zuckerbausteinen konnte synthetisiert und charakterisiert werden, die eine exakte Bestimmung der Dichtigkeit der verwendeten Zell-Monolayer ermöglicht. Mit dieser sogenannten APTS-Dextran Leiter ist es erstmals möglich, den standardmäßig zur Überprüfung der Dichtigkeit verwendeten elektrischen Widerstand direkt mit molekularen Markern zu korrelieren. Es wurde ein dynamisches Modell der Blut-Hirn Schranke entwickelt und für einen Einsatz in der Arzneistoffentwicklung optimiert. Dieses dynamische System imitiert die tatsächlichen Verhältnisse im menschlichen Körper wesentlich besser, da es auch Strömungsverhältnisse und Konzentrationsgradienten berücksichtigt.