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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002555-8

Untersuchungen zur OCT-vermittelten, differenziellen Wirkung pharmakologisch aktiver Substanzen in Endothel- und Muskelzellen des koronaren Systems

  • Trotz intensivster Forschungen in den letzten Jahrzehnten konnte die unzureichende Reendothelialisierung implantierter Drug-eluting Stents (DES) bisher nicht effektiv verhindert werden. Aktuelle DES-Konzepte verfolgen das Ziel einer lokalen Inhibition der frühen Muskelzellproliferation durch den Einsatz hochwirksamer proliferationsinhibierender Wirkstoffe wie Sirolimus und Paclitaxel. Hierdurch werden jedoch auch die Endothelzellen stark in ihrer Proliferation eingeschränkt, was in Folge zu einer stark verzögerten Reendothelialisierung des Stents führt und wiederum die Gefahr von Komplikationen deutlich erhöht. Eine Möglichkeit, dem vorzubeugen, wäre es die proliferationsinhibierende Wirkung zellspezifisch auf die Muskelzellen zu vermitteln. Da die Wirksamkeit einer Substanz in der Regel abhängig von der erreichten intrazellulären Konzentration ist, bietet die differenzielle Expression von Transportproteinen eine interessante und elegante Möglichkeit, eine solche differenzielle Wirkung von Arzneistoffen zu erzielen. In der vorliegenden Arbeit konnten die Transporterexpressionsprofile von glatten Muskelzellen und Endothelzellen bestimmt werden. Bei einem Vergleich dieser Profile konnte für die Gruppe der organischen Kationentransporter (OCTs) eine signifikant erhöhte Expression von OCT1, OCT2 und OCT3 in den glatten Muskelzellen nachgewiesen werden, was zu der Hypothese führte, dass Substanzen die ein Substrat der OCTs darstellen, stärkere Effekte in glatten Muskelzellen hervorrufen sollten. Als erste Bestätigung dieser Hypothese konnte die signifikant erhöhte Akkumulation der kationischen Modelsubstrate MPP+ und TEA in Muskelzellen nachgewiesen werden. Im weiteren Verlauf der Arbeiten konnte ebenfalls für die mit den OCTs interagierenden Platinverbindungen Cisplatin und Oxaliplatin eine differenzielle Wirkung auf Endothel- und Muskelzellen nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang wurden OCT1 und OCT2 überexprimierende MDCKII-Zellsysteme etabliert und charakterisiert, die eine Zuordnung der beobachteten Effekte zu den einzelnen OCT-Vertretern ermöglichen sollten. An diesen Zelllinien und einer bereits vorhanden OCT3-überexprimierenden Zelllinie, konnte die spezifische Interaktion von Cisplatin mit OCT2 sowie die Interaktion von Oxaliplatin mit OCT1, OCT2 und OCT3 nachgewiesen werden. Bei Versuchen mit dem OCT1-Substrat Paclitaxel konnte ebenfalls eine differenzielle Wirkung auf Muskel- und Endothelzellen nachgewiesen werden. Für Paclitaxel konnte in diesem Zusammenhang auch zum ersten Mal eine direkte Aufnahme von [³H]-Paclitaxel über OCT1 und zusätzlich über OCT3 nachgewiesen werden, was bisher in der Literatur nicht beschrieben wurde. Einen weiteren Punkt dieser Arbeit stellt die Entwicklung und Etablierung eines adenoviralen Drug-Delivery-Systems dar, durch welches ein selektives „Drug-Loading“ ausgewählter Zielzellen bewerkstelligt werden kann. Dieses System basiert auf einer adenoviral vermittelten Expression des organischen Kationentransporters OCT1 unter der Kontrolle des muskelzellspezifischen SM22-Promotors. Durch dieses System war es in ersten Versuchen möglich, die Wirkung von Paclitaxel in infizierten Zellen muskelzellspezifisch zu erhöhen. Gleichzeitig wurden infizierte Endothelzellen jedoch nicht von einer erhöhten Paclitaxelaufnahme beeinflusst, wodurch die Funktionsfähigkeit dieses Systems belegt werden konnte.
  • Despite intensive research in recent decades, the insufficient re-endothelialization of implanted drug-eluting stents (DESs) has not yet been effectively prevented. Current DES concepts are aimed at a local inhibition of early muscle cell proliferation through the use of highly effective proliferation-inhibiting active ingredients such as sirolimus and paclitaxel. However, it is also the case that the endothelial cells are severely limited in their proliferation, which leads to a much-delayed re-endothelialization of the stent and, in turn, significantly increases the risk of complications. One method of preventing this would be to impart the proliferation-inhibiting effect on the muscle cells on the cell-specific basis. Since the effectiveness of a substance generally depends on the intracellular concentration that is reached, the differential expression of transport proteins offers an interesting and elegant method of achieving such a differential effect of drugs. In this thesis, the transporter expression profiles of smooth muscle cells and endothelial cells could be determined. Upon a comparison of such profiles, for the group of organic cation transporters (OCTs), a significantly increased expression of OCT1, OCT2 and OCT3 could be detected in the smooth muscle cells, leading to the hypothesis that substances that present a substrate of the OCTs should produce stronger effects in smooth muscle cells. As the first confirmation of this hypothesis, the significantly increased accumulation of cationic model substrates MPP+ and TEA could be detected in smooth muscle cells. In the further course of the work, a differential effect on endothelial and muscle cells could also be detected for the platinum compounds (cisplatin and oxaliplatin) interacting with the OCTs. In this connection, MDCKII cell systems overexpressing OCT1 and OCT2 have been established and characterized; this should allow for an allocation of the observed effects for the individual OCT representatives. For these cell lines and an already existing cell line overexpressing OCT3, the specific interaction of cisplatin with OCT2 and the interaction of oxaliplatin with OCT1, OCT2 and OCT3 could be detected. A differential effect on muscle and endothelial cells could also be detected in experiments with the OCT1 substrate Paclitaxel. In this connection, a direct uptake of [³H]-Paclitaxel through OCT1 and through OCT3 could be detected for paclitaxel for the first time, which to date has not been described in the literature. An additional aspect of this paper is the development and establishment of an adenoviral drug delivery system, through which a selective "drug-loading" of selected target cells could be accomplished. This system is based on an adenovirally mediated expression of the organic cation transporter OCT1 under the control of the muscle cell-specific SM22 promoter. Through this system, it was possible in initial experiments to increase the effect of Paclitaxel in infected cells in a manner specific to smooth muscle cells. At the same time, however, infected endothelial cells were not affected by an increased uptake of paclitaxel, by which the effectiveness of the system could be proven.

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Metadaten
Author: Robert Begunk
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002555-8
Title Additional (English):Studies on the OCT-mediated differential effect of pharmacologically active substances in endothelial and muscle cells of the coronary system
Advisor:Prof. Dr. Werner Siegmund
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/06/22
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/06/02
Release Date:2016/06/22
Tag:Organic cation transporter
GND Keyword:Organischer Kationentransporter, Sirolimus, Stent, Taxol
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pharmakologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie