Untersuchung von Speziesunterschieden in Pgp Funktion an der Blut-Hirn-Schranke

Der "adenosine triphosphate (ATP) binding cassette" (ABC) Transporter P-glykoprotein (Pgp) ist im vaskulären Endothelium der Blut-Hirn Schranke exprimiert und verhindert dort durch aktiven Transport die Gehirnaufnahme einer Vielzahl lipophiler Arzneistoffe, was ein Ansprechen auf medikamentöse Therapie verhindern kann. Ein wichtiges Ziel der Arzneistoffentwicklung ist eine möglichst frühe Vorhersage des Pgp Transports neuer Arzneistoffkandidaten an der Blut-Hirn Schranke des Menschen. Diese Vorhersage wird sehr oft getroffen, indem die Gehirnaufnahme eines Arzneistoffes in Tiermodellen (Mäuse, Ratten) untersucht wird, in denen Pgp genetisch oder chemisch ausgeschalten wurde. Es gibt allerdings Hinweise auf Speziesunterschiede zwischen humanem Pgp (MDR1) und Nagetier Pgp (mdr1a/b), sowohl in der Spezifizität für Substrate und Inhibitoren als auch im Expressionsgrad in verschiedenen Geweben. Das vorliegende Projekt plant Speziesunterschiede in der Funktion von humanem und murinem Pgp in vivo an der Blut-Hirn Schranke eines neuen humanisierten Mausmodells zu untersuchen, in dem das murine mdr1a/b Gen durch das humane MDR1 Gen ersetzt wurde (C57BL/6 MDR1). Pgp Funktion soll durch Bestimmung der Gehirnverteilung einer Mikrodosis (<1 g) der radioaktiv markierten Modell Pgp Substrate (R)-[ 11C]Verapamil und [ 11C]-N-Desmethyl-loperamid nach Gabe verschieden hoher Dosierungen des Pgp Inhibitors Tariquidar mithilfe der Kleintier Positronen-Emissionstomographie (PET) untersucht werden. Die in C57BL/6 MDR1 Mäusen ermittelten Daten werden mit Daten aus Wildtyp C57BL/6 mdr1 Mäusen verglichen werden, was es ermöglichen soll Transporter Funktion unter identischen physiologischen und experimentellen Bedingungen direkt zu vergleichen. Zusätzlich wird die Dosis-Wirkungsbeziehung von Tariquidar zur Erhöhung der Gehirnaufnahme von (R)-[ 11C]Verapamil in C57BL/6 MDR1 and C57BL/6 mdr1 Mäusen mit humanen Daten verglichen, die zuvor in der Arbeitsgruppe des Antragstellers erhoben worden sind. Als Ergänzung zu den in vivo Daten soll die Hemmung von (R)-Verapamil und N-Desmethyl-loperamid Transport durch Tariquidar in vitro in LLC-PK1 Zellen, die mit MDR1 oder mdr1a transfiziert wurden, bestimmt werden. Die Resultate des vorliegenden Projektes beantworten die grundlegende Frage ob es Speziesunterschiede zwischen humanem und murinen Pgp gibt, was in der Zukunft zu einer verbesserten Vorhersage der Verteilung neuer Arzneistoffe ins menschliche Gehirn führen kann.

An der Blut-Hirn Schranke befindet sich ein Transporter-Protein namens P-glykoprotein (Mensch: ABCB1, Nagetiere: Abcb1a), welches eine Vielzahl an verschiedenen Arzneistoffen daran hindert vom Blut ins Gehirn zu gelangen. Wenn zwei oder mehrere Arzneistoffe, die von ABCB1 an der Blut-Hirn Schranke transportiert werden, gleichzeitig verabreicht werden kann es zu Änderungen in der Gehirnverteilung der Arzneistoffe kommen, was zu schweren Nebenwirkungen führen kann (Transporter-bedingte Arzneimittelinteraktion). Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein nuklearmedizinisches bildgebendes Verfahren, das es erlaubt die Verteilung von radioaktiv markierten Arzneistoffen im Gehirn nicht-invasiv zu messen. PET Messungen mit radioaktiv markierten ABCB1 Substraten, wie z.B. (R)-[11C]Verapamil und [11C]-N-Desmethyl- loperamid, erlauben es Transporter-bedingte Arzneimittelinteraktionen direkt an der Blut-Hirn Schranke des Menschen zu messen. Es konnte gezeigt werden, dass die Erhöhung der Gehirnaufnahme von (R)-[11C]Verapamil nach Gabe eines Hemmstoffes von ABCB1 (Tariquidar) viel niedriger im Menschen als in Nagern war. Ziel dieses Projektes war es herauszufinden, welche Faktoren für den unterschiedlich großen Effekt der ABCB1Hemmung in Nagern und im Menschen verantwortlich sein können. Es wurden in vitro Transportexperimente mit [3H]Verapamil und [3H]-N-Desmethyl-loperamid in Zellen durchgeführt, die entweder humanes ABCB1 oder Maus Abcb1a über-exprimieren und der Einfluss von Tariquidar auf den Transport dieser beiden Substanzen untersucht. Hier konnten keine Spezies Unterschiede zwischen ABCB1 und Abcb1a im Transport und der Transporthemmung dieser beiden Substrate gefunden werden. Des Weiteren wurden in vivo Experimente in Mäusen mit (R)-[11C]Verapamil und [11C]-N-Desmethyl-loperamid nach Gabe von verschiedenen hohen Dosierungen von Tariquidar durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass Unterschiede im Metabolismus von (R)-[11C]Verapamil und [11C]-N-Desmethyl- loperamid zwischen Mensch und Nagern und die Gehirnaufnahme von radioaktiv markierten Metaboliten einen Einfluss auf die Effekt-Größe von Transporter-bedingten Arzneimittelinteraktionen an der Blut-Hirn Schranke haben können. Außerdem konnten wir zeigen, dass Isofluran-Narkose, wie sie sehr häufig in Tier Experimenten verwendet wird, den Metabolismus von [11C]-N-Desmethyl-loperamid ändert, was ebenso einen Einfluss auf die Arzneimittelinteraktion hatte. Zudem konnten wir beweisen, dass Isofluran-Narkose gegenüber dem Wachzustand den Blutfluss im Gehirn erhöht, was zu einer Erhöhung der Gehirnverteilung von [11C]-N-Desmethyl-loperamid aber nicht von (R)-[11C]Verapamil führte. Zusammenfassend konnten wir eine Reihe von wichtigen Faktoren identifizieren, die mit PET gemessene Transporter-bedingte Arzneimittelinteraktionen an der Blut-Hirn Schranke beeinflussen können und die daher berücksichtigt werden müssen, wenn Unterschiede zwischen Nagern und Menschen interpretiert werden. Die Resultate dieser Studie können dazu beitragen, dass die Arzneistoff-Verteilung im menschlichen Gehirn besser durch Experimente in Nagetieren vorhergesagt werden kann.