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Background: Unwanted drug-drug interactions (DDIs), as caused by the upregulation of clinically relevant drug metabolizing enzymes and transporter proteins in intestine and liver, have the potential to threaten the therapeutic efficacy and safety of drugs. The molecular mechanism of this undesired but frequently occurring scenario of polypharmacy is based on the activation of nuclear receptors such as the pregnane X receptor (PXR) or the constitutive androstane receptor (CAR) by perpetrator agents such as rifampin, phenytoin or St. John’s wort. However, the expression pattern of nuclear receptors in human intestine and liver remains uncertain, which makes it difficult to predict the extent of potential DDIs. Thus, it was the aim of this study to characterize the gene expression and protein abundance of clinically relevant nuclear receptors, i.e., the aryl hydrocarbon receptor (AhR), CAR, farnesoid X receptor (FXR), glucocorticoid receptor (GR), hepatocyte nuclear factor 4 alpha (HNF4α), PXR and small heterodimer partner (SHP), in the aforementioned organs. Methods: Gene expression analysis was performed by quantitative real-time PCR of jejunal, ileal, colonic and liver samples from eight human subjects. In parallel, a targeted proteomic method was developed and validated in order to determine the respective protein amounts of nuclear receptors in human intestinal and liver samples. The LC-MS/MS method was validated according to the current bioanalytical guidelines and met the criteria regarding linearity (0.1–50 nmol/L), within-day and between-day accuracy and precision, as well as the stability criteria. Results: The developed method was successfully validated and applied to determine the abundance of nuclear receptors in human intestinal and liver samples. Gene expression and protein abundance data demonstrated marked differences in human intestine and liver. On the protein level, only AhR and HNF4α could be detected in gut and liver, which corresponds to their highest gene expression. In transfected cell lines, PXR and CAR could be quantified. Conclusions: The substantially different expression pattern of nuclear receptors in human intestinal and liver tissue may explain the different extent of unwanted DDIs in the dependence on the administration route of drugs.
Die abdominelle Sepsis ist nach wie vor mit einer erheblichen Mortalität verbunden. Häufig stellt eine sekundäre Peritonitis als Folge einer Hohlorganperforation oder Anastomoseninsuffizienz den Fokus dar, welcher sich rasch systemisch auswirkt. Durch den bakteriellen Abfluss der Bakterien über das portokavernöse System agiert die Leber als zentrale Filterstation und wird dabei gleichzeitig durch infiltrierende Leukozyten und schockbedingte Minderperfusion geschädigt. Verantwortlich für die bakterielle Clearance in der Leber sind die Kupfferzellen, die zudem durch Freisetzung pro- und antiinflammatorischer Mediatoren den systemischen Entzündungsverlauf entscheidend beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der selektiven Kupfferzell-Depletion mittels Dichloromethylen-Bisphosphonat (Cl2MBP-Clodronat) im murinen Sepsismodell der Colon Ascendens Stent Peritonitis (CASP) auf die Mikrozirkulation der Leber mit Hilfe der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie sowie mit ex vivo Analysen untersucht. Zudem erfolgte die Beurteilung der systemischen Reaktion hinsichtlich der Mortalität sowie der veränderten Freisetzung von Entzündungsmediatoren in Serum, Milz, Leber und Lunge. Die polymikrobielle Sepsis führte in der Leber zu einer erheblichen Perfusionsstörung nach 12h sowie zu einer signifikanten sinusoidalen Leukozytenstase nach 3h Sepsis, die nach 12h rückläufig war. Des Weiteren konnte ein deutlicher Anstieg der hepatozellulären Apoptose 12h nach CASP nachgewiesen werden. Die Kupfferzell-Depletion verminderte sowohl die sinusoidale Leukozytenstase als auch die hepatozelluläre Apoptose signifikant und wirkte somit protektiv in der Ausbildung des Leberschadens. Erstmals konnte eine reduzierte Leukozytenstase nach Kupfferzell-Depletion bei gleichzeitigem lokalem Anstieg von TNF nachgewiesen werden. Bezüglich der Phagozytoserate zeigte sich in der polymikrobiellen Sepsis eine initiale Hyperaktivität mit nachfolgender Erschöpfung der Kupfferzellen. Nach Clodronat-Applikation war, wie erwartet, die Phagozytoseaktivität zu beiden Zeitpunkten deutlich eingeschränkt. Systemisch führte die Kupfferzell-Depletion zu einer signifikant erhöhten Sterblichkeit in der CASP. Zudem kam es zu einem massiven Anstieg des TNF sowie einer signifikanten Reduktion des antiinflammatorischen IL-10 in Serum und Leber. Die Depletion der Kupfferzellen vor Induktion der polymikrobiellen Sepsis führte somit zu einem vermindertem hepatozellulärem Leberschaden bei gleichzeitig erhöhter Mortalität durch die uneingeschränkte Hyperinflammation. Die Blockade der Kupfferzellen zu einem späteren Zeitpunkt, in der Phase der Immunparalyse, wäre jedoch eine neue Möglichkeit zur Therapie sekundärer Infektionen in der Sepsis.
Die schnittbildgeführte perkutane Laserablation hat sich in den letzten Jahren zur Behandlung von malignen Lebertumoren besonders bei offen chirurgisch inoperablen Patienten etabliert. Die MRT bildet den Goldstandard zur Darstellung der Leberpathologie und bietet hervorragende Rahmenbedingungen für diese Intervention. Die native Bildgebung bleibt jedoch bei kleinen und schlecht sichtbaren Herden limitiert. Ziel der Arbeit war die Darlegung eines therapiebegünstigenden Effektes durch die zusätzliche Gabe von Gd-EOB-DTPA zur Kontrastverbesserung zwischen Leberparenchym, Tumor und Applikator während der Applikatorplatzierung im Rahmen der MR-geführten Laserablation maligner Leberherde. Eine Beeinflussung des T1-Signals durch Gd-EOB-DTPA während der Echtzeit-Thermometrie sollte ausgeschlossen werden. Insgesamt wurden 49 Laserablationen eingeschlossen. Davon erhielten die Patienten in 30 Interventionen 0,025 mmol/kg Körpergewicht Gd-EOB-DTPA als i.v.-Bolusinjektion und wurden einer MR-geführten Laserablation ohne Kontrastmittelunterstützung gegenübergestellt. Die Planung und Platzierung der Applikatoren erfolgte unter multiplanarer Rekonstruktion mit GRE-T1-Flash-3D-Sequenzen. Noch während der Therapiephase konnte die Ausbreitung der Ablationszone mit GRE-T1-Flash-2D-Serien überwacht werden. SNR-, CR- und CNR wurden berechnet und ermöglichten die Bestimmung von Signal- und Kontrastveränderungen zwischen Leberparenchym, Tumor, Applikator und Ablationszone im zeitlichen Verlauf nach KM-Gabe. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Wilcoxon-Test für verbundene Stichproben. Nach KM-Gabe erfolgten signifikante Signal- und SNR-Veränderungen sowohl im Leberparenchym als auch im Tumor verglichen mit einer Applikatorplatzierung ohne KM-Unterstützung. Eine statistisch signifikante Steigerung des Kontrastes zwischen Leberparenchym, Tumor und Applikator lag spätestens 25 Minuten nach KM-Gabe vor und überdauerte die restliche Zeit der Applikatorplatzierung. Interventionsablauf, Therapiezeit und T1-Thermometriesignal wurden durch die Gabe von Gd-EOB-DTPA nicht zum Nachteil beeinflusst. Die MR-geführte Laserablation maligner Lebertumoren profitiert von der zusätzlichen Gabe von Gd-EOB-DTPA. Eine exaktere Standortverfolgung und Platzierung der Applikatoren war auch 40 Minuten nach KM-Gabe möglich. Der Einsatz von Gd-EOB-DTPA führte zu einem gesteigerten Therapieerfolg mit annähernd dreimal weniger Tumorrezidiven drei Monate postinterventionell im Vergleich mit einer Behandlung ohne Gd-EOB-DTPA zur Applikatorplatzierung. Vorteile und eine nachhaltige Verbesserung von Sicherheit und Effizienz der MR-geführten Laserablation finden sich insbesondere bei der Behandlung kleiner und schlecht sichtbarer Tumoren. Die Ergebnisse lassen sich prinzipiell auf jede andere MR-geführte instrumentäre Leberintervention übertragen.
Transmembrane drug transport in hepatocytes is one of the major determinants of drug pharmacokinetics. In the present study, ABC transporters (P-gp, MRP1, MRP2, MRP3, MRP4, BCRP, and BSEP) and SLC transporters (MCT1, NTCP, OAT2, OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1, OCT1, and OCT3) were quantified for protein abundance (LC-MS/MS) and mRNA levels (qRT-PCR) in hepatitis C virus (HCV)-infected liver samples from the Child–Pugh class A (n = 30), B (n = 21), and C (n = 7) patients. Protein levels of BSEP, MRP3, MCT1, OAT2, OATP1B3, and OCT3 were not significantly affected by HCV infection. P-gp, MRP1, BCRP, and OATP1B3 protein abundances were upregulated, whereas those of MRP2, MRP4, NTCP, OATP2B1, and OCT1 were downregulated in all HCV samples. The observed changes started to be seen in the Child–Pugh class A livers, i.e., upregulation of P-gp and MRP1 and downregulation of MRP2, MRP4, BCRP, and OATP1B3. In the case of NTCP, OATP2B1, and OCT1, a decrease in the protein levels was observed in the class B livers. In the class C livers, no other changes were noted than those in the class A and B patients. The results of the study demonstrate that drug transporter protein abundances are affected by the functional state of the liver in hepatitis C patients.