Thesis--Wisconsin. / Vita. Includes bibliographical references.

In all the projects presented, it is evident that the selection of suitable separation conditions is only one side of the coin. Equally crucial in the development of methods for the quality assessment of APIs/drugs is the right detection system. The application of CAD as an alternative to UV detection at low wavelength of the two weak chromophore main degradation products of the very polar, zwitterionic API carbocisteine requires the volatility of the mobile phase. Therefore, as a substitute for the non-volatile ion pairing reagent tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH), six different volatile alkylamines as well as a RP/SAX mixed-mode column were evaluated. The best selectivity and separation performance comparable to TBAOH was achieved with the RP/SAX column and a mixture of formic acid and trifluoroacetic acid. For the simultaneous optimisation of the evaporation temperature of the CAD as a function of two chromatographic parameters, a central composite design was chosen and the “desirability function” was subsequently applied for modelling. In addition, column bleeding was investigated with a second RP/SAX column (different batch) with the result that the acetonitrile percentage had to be adjusted and preconditioning by injection of concentrated samples is essential. The final mixed-mode method was finally validated with both columns according to the ICH Q2 (R1) guideline. Based on this, an MS-compatible method was developed with little effort using an identical RP/SAX column in UPLC dimension for the untargeted analysis by HRMS of two carbocisteine-containing prototype syrup formulations. For a comprehensive characterisation, HRMS and MS/HRMS data were recorded simultaneously by information dependent acquisition mode. Based on the exact masses, isotope patterns and an in silico plausibility check of the fragment spectra, the prediction of the structures of the unknown impurities was possible. In both syrup samples, which had been stored for nine months at 40 °C and 75 % r.h., two additional impurities of carbocisteine (i.e. lactam of the sulfoxides and disulphide between cysteine and thioglycolic acid) were identified by comparison with the corresponding prototype placebo samples using general unknown comparative screening. In addition, the formation of Maillard products by binary mixtures with 13C-labelled sugars was revealed in the sucrose-containing formulation. For the promising hyphenation of the UV detector with the CAD for the simultaneous detection of all UV-active impurities of the cholesterol-lowering drug simvastatin and the only weak chromophore dihydrosimvastatin, the Ph. Eur. method had to be adapted. Besides replacing phosphoric acid with trifluoroacetic acid, the gradient also had to be adjusted and a third critical peak pair was observed. Based on validation experiments (according to the ICH Q2 (R1) guideline), the suitability of the CAD for sensitive detection (LOQ = 0.0175 % m/m) was proven.  To further investigate the robustness of the adapted method and CAD, a Plackett-Burman design was chosen. None of the factors had a statistically significant effect on the S/N of the CAD in the ranges tested. Regarding the three critical peak pairs, on the other hand, the factors to be controlled were statistically established, so that a targeted correction is possible if the system suitability test is not passed. The idea of employing a hyphenated UV-CAD system was finally applied to the structurally closely related lovastatin and its specified impurity dihydrolovastatin. Here, the CAD showed a significantly better S/N compared to the compendial UV detection at 200 nm. The suitability of CAD for the analysis of non-volatile fatty acids in polysorbate 80 (PS80) as favourable alternative to the Ph. Eur. GC method (no time-consuming, error-prone and toxic derivatisation) has already been demonstrated. The aim of this project was therefore to develop a robust method with a focus on the AQbD principles, which can be used for the analysis of other excipients with similar fatty acid composition. After the definition of the analytical target profile and a risk assessment by means of an Ishikawa diagram, a suitable C18 column and the chromatographic framework conditions (formic acid concentration and initial/final gradient conditions) were selected after only few preliminary runs. The remaining critical method parameters were then investigated with the help of DoE and RSM. Using the obtained model equations, Monte Carlo simulations were performed to create the method operable design region as a region of theoretical robustness. After validation according to ICH Q2 (R1), the fatty acid composition of a magnesium stearate batch was successfully analysed as a further application example in addition to PS80. The CAD was able to prove its potential in all the issues investigated in the context of this doctoral thesis. As a cost-effective alternative compared to MS instruments, it thus closes a gap in the quality assessment of APIs or excipients without a suitable chromophore. The easy method transfer to (HR)MS instruments also allows for a unique degree of sample characterisation through untargeted approaches in case of new impurities. For resource- and time-efficient work, the possibilities and limitations of software tools for method development and data evaluation as well as the application of risk-based approaches such as AQbD should also be considered. / In allen vorgestellten Projekten wird deutlich, dass die Auswahl geeigneter Trennbedingungen nur eine Seite der Medaille darstellen. Ebenso entscheiden bei der Entwicklung von Methoden zur Qualitätsbeurteilung von Wirkstoffen und Arzneimitteln ist das richtige Detektionssystem. Die Verwendung des CAD als Alternative zur UV-Detektion bei niedriger Wellenlänge der beiden schwach chromophoren Hauptabbauprodukte des sehr polaren, zwitterionischen Wirkstoffs Carbocystein erfordert die Flüchtigkeit der mobilen Phase. Daher wurden als Ersatz für das nichtflüchtige Ionenpaarreagenz Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAOH) sechs verschiedene flüchtige Alkylamine sowie eine RP/SAX Mixed-Mode-Säule untersucht. Die Beste mit TBAOH vergleichbare Selektivität und Trennleistung wurde mit der RP/SAX-Säule und einer Mischung aus Ameisensäure und Trifluoressigsäure erreicht. Für die gleichzeitige Optimierung der Verdampfungstemperatur des CAD in Abhängigkeit von zwei chromatographischen Parametern wurde ein zentral zusammengesetztes Versuchsdesign gewählt und anschließend die desirability function zur Modellierung eingesetzt. Darüber hinaus wurde das Säulenbluten mit einer zweiten RP/SAX-Säule (einer anderen Charge) untersucht, mit dem Ergebnis, dass der Acetonitrilanteil angepasst werden musste und eine Vorkonditionierung durch Injektion konzentrierter Proben unerlässlich ist. Die endgültige Mixed-Mode-Methode wurde schließlich mit beiden Säulen gemäß der ICH-Richtlinie Q2 (R1) validiert. Darauf aufbauend konnte mit geringem Aufwand ein MS-kompatibles Methode mit einer identischen RP/SAX-Säule in UPLC-Dimension für die ungezielte HRMS-Analyse von zwei Carbocystein-haltigen Sirup-Prototypformulierungen entwickelt werden. Für eine umfassende Charakterisierung wurden HRMS- und MS/HRMS-Daten gleichzeitig im information dependent analysis-Modus aufgenommen. Anhand der exakten Massen, Isotopenmuster und In-silico-Plausibilitätsprüfung der Fragmentspektren war die Vorhersage der Strukturen der unbekannten Verunreinigungen möglich. In den beiden Sirupproben, die neun Monate lang bei 40 °C und 75 % r.F. gelagert worden waren, wurden zwei zusätzliche Verunreinigungen von Carbocystein (sprich das Lactam der Sulfoxide und das Disulfid zwischen Cystein und Thioglykolsäure) durch Vergleich mit den entsprechenden Prototyp-Placeboproben mittels general unknown comparative screening identifiziert. Darüber hinaus wurde die Bildung von Maillard-Produkten durch binäre Mischungen mit 13C-markierten Zuckern in der Saccharose-haltigen Formulierung bestätigt. Für die vielversprechende Kopplung des UV-Detektors mit dem CAD zum gleichzeitigen Nachweis aller UV-aktiven Verunreinigungen des Cholesterinsenkers Simvastatin und des nur schwach chromophoren Dihydrosimvastatins musste die Ph. Eur.-Methode angepasst werden.  Neben dem Austausch von Phosphorsäure durch Trifluoressigsäure musste auch der Gradient geändert werden, und es wurde ein drittes kritisches Peakpaar beobachtet. Anhand von Validierungsexperimenten (gemäß der ICH Q2 (R1) Richtlinie) wurde die Eignung des CAD für einen empfindlichen Nachweis (LOQ = 0.0175 % m/m) bewiesen. Um die Robustheit der angepassten Methode und des CAD näher zu untersuchen, wurde ein Plackett-Burman-Design gewählt. Keiner der Faktoren hatte einen statistisch signifikanten Einfluss auf das S/N des CAD in den getesteten Bereichen. Für die drei kritischen Peakpaare hingegen wurden die zu kontrollierenden Faktoren statistisch ermittelt, sodass eine gezielte Korrektur möglich ist, wenn der Systemeignungstest nicht bestanden wird. Die Idee der Verwendung eines kombinierten UV-CAD-Systems wurde schließlich auf das strukturell eng verwandte Lovastatin und dessen spezifizierte Verunreinigung Dihydrolovastatin angewendet. Hier zeigte der CAD ein deutlich besseres S/N im Vergleich zur kompendialen UV-Detektion bei 200 nm. Die Eignung von CAD für die Analyse von nichtflüchtigen Fettsäuren in Polysorbat 80 (PS80) als vorteilhafte Alternative zur GC-Methode im Ph. Eur. (keine zeitaufwändige, fehleranfällige und toxische Derivatisierung) wurde bereits gezeigt. Ziel dieses Projekts war es daher, eine robuste Methode zu entwickeln, die sich an den Prinzipien des AQbD orientiert und auch für die Analyse weiterer Hilfsstoffe mit ähnlicher Fettsäurezusammensetzung eingesetzt werden kann. Nach der Definition des analytical target profiles und einer Risikobewertung mit einem Ishikawa-Diagramms wurden nach nur wenigen Vorversuchen eine geeignete C18-Säule und die chromatographischen Rahmenbedingungen (Ameisensäurekonzentration und Anfangs-/Endbedingungen des Gradienten) ausgewählt. Die übrigen kritischen Methodenparameter wurden dann mit Hilfe von DoE und RSM untersucht. Unter Verwendung der erhaltenen Modellgleichungen wurden Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt, um die Method Operable Design Region als Zone der theoretischen Robustheit zu erstellen. Nach der Validierung gemäß ICH Q2 (R1) wurde als weiteres Anwendungsbeispiel neben PS80 auch die Fettsäurezusammensetzung einer Magnesiumstearat-Charge erfolgreich analysiert. Das CAD konnte sein Potential in allen im Rahmen dieser Dissertation untersuchten Fragestellungen unter Beweis stellen. Als kostengünstige Alternative zu MS-Geräten schließt es damit eine Lücke bei der Qualitätsbewertung von Wirk- oder Hilfsstoffen ohne geeignetes Chromophor. Der einfache Methodentransfer auf (HR)MS-Instrumente ermöglicht zudem einen einzigartigen Grad der Probencharakterisierung durch ungezielte Ansätze im Falle neuer Verunreinigungen. Für ein ressourcen- und zeiteffizientes Arbeiten sollten zudem die Möglichkeiten und Grenzen von Softwaretools für die Methodenentwicklung und Datenauswertung sowie die Anwendung risikobasierter Ansätze wie AQbD bedacht werden.

L’angiogenèse ou la mise en place de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants, est indispensable à la croissance tumorale et constitue donc une cible intéressante en thérapie anticancéreuse. Depuis 2004, plusieurs thérapies anti-angiogéniques ciblant les cancers du colon, poumon, sein et rein, ont été développées et sont appliquées en clinique. Le gène VE-statine/egfl7 a été découvert au sein du laboratoire en 2003 et il est majoritairement exprimé par les cellules endothéliales au cours du développement embryonnaire et du remodelage vasculaire. Plusieurs publications ont montré l’implication de la VE-statine dans la formation des vaisseaux. L’expression de la VE-statine par des tumeurs humaines a récemment été décrite, et une forte expression est associée avec un haut grade tumoral, une forte incidence métastatique et un mauvais pronostic dans les hépatocarcinomes, les gliomes et les tumeurs colorectales. L’objectif de ma thèse était de mettre au point les approches et d’étudier les effets de la VE-statine dans la croissance et l’angiogenèse tumorale. Cette analyse permet de mieux comprendre les mécanismes modulant la progression tumorale. / Angiogenesis, which corresponds to the growth of new blood vessels from pre-existing vessels; is necessary for tumor growth and is an attractive target for anticancer therapy. Since 2004, several antiangiogenic therapies against colon, lung, breast, kidney cancers have been developed and used in clinic.VE-statin/egfl7 was discovered by our team in 2003. It is specifically expressed by endothelial cells during embryonic development and vascular remodelling. Several publications have described the role of VE-statin in vessel formation. VE-statin expression by human tumors has been recently associated with a higher grade and metastatic score and with a poorer prognosis in hepatocellular carcinoma, glioma and colorectal cancer.The aim of my work was to develop tools for the study of the functions of VE-statin in tumor growth and angiogenesis. This analysis allows a better understanding of the mechanisms which modulate tumor progression.

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine metabolische Myopathie. Sie veranlagt zu einer potentiell lebensgefährlichen Stoffwechselentgleisung, die durch Exposition mit bestimmten Triggersubstanzen, insbesondere volatilen Anästhetika und depolarisierenden Muskelrelaxantien, ausgelöst wird. Dabei führt ein Defekt in der Membran des sarkoplasmatischen Retikulums der Skelettmuskulatur zur unkontrollierten Stoffwechselsteigerung. Zahlreiche Medikamente weisen in ihrem Nebenwirkungsprofil das Risiko von Rhabdomyolysen oder Myalgien auf. Unter Therapie von Cerivastatin kam es in 52 Fällen zu tödlichen Verläufen, so dass das Medikament 2001 vom Markt genommen wurde. Wir untersuchten Maligne Hyperthermie suszeptible Schweinemuskeln im In-vitro-Kontrakturtest (IVCT) unter Inkubation mit Atorvastatin, Simvastatin, Levofloxacin, Ciprofloxacin und Gemfibrozil. Für diese Medikamente sind derartige unerwünschte Arzneimittelwirkungen beschrieben. Wir konnten dabei zeigen, dass der Maligne Hyperthermie suszeptible (MHS) Muskel anscheinend empfindlicher auf Atorvastatin, Simvastatin, Levofloxacin und Ciprofloxacin reagiert als der Maligne Hyperthermie negative (MHN). Das zeigte sich anhand der gegenüber den nicht suszeptiblen Muskeln signifikant höher ansteigenden Ruhespannung der MHS-Muskelpräparate im IVCT. Wir erklären dieses Ergebnis durch die beim MHS-Muskel labilere Ca2+-Homöostase. Gemfibrozil scheint hingegen auf die Ca2+-Homöostase keinen Einfluss zu haben, jedoch in hohen Konzentrationen myotoxisch zu wirken. Eine Kombination mit anderen Medikamenten, die durch die gleichen Enzymsysteme abgebaut werden, sollte daher nur mit Vorsicht erfolgen, um eine Kumulation im Organismus zu vermeiden. / Malignant Hyperthermia (MH) is a metabolic myopathy which disposes to a potential life threatening derailment of metabolism and can be triggered by exposition with special substances, particularly volatile anaesthetics and depolarising muscle relaxants. A defect in the membran of sarcoendoplasmatic reticulum leads to uncontrolled derailment of metabolism. A lot of medicaments show up with a risk of rhabdomyolysis or myalgies as adverse drug reactions. Under treatment with cerivastatin, 52 cases with fatal ending were described, and the medicament was phased out in 2001. We analysed malignant hyperthermia susceptible porcine skelet muscles in the in-vitro-contracture-test (IVCT) under incubation with atorvastatin, simvastatin, levofloxacin, ciprofloxacin and gemfibrozil. For these drugs, the described adverse reactions are established. We could show, that the malignant hyperthermia susceptible muscle seems to react more sensitive to atorvastatin, simvastatin, levofloxacin and ciprofloxacin than the malignant hyperthermia negative (MHN) muscle. This was shown by the in comparision to MHN muscles significantly higher raising baseline of MHS muscles in IVCT. We explain this result by the more instable Ca2+-homeostasis of MHS muscle cells. Gemfibrozil seems to not influence Ca2+-homeostasis, but to have toxic effects in high concentrations. A combination with other drugs which are exhausted by the same enzymatic system should thus be only used with caution, to prevent a cumulation in organsim.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Wirkungen einer 10-wöchigen Therapie mit dem 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-CoenzymA-(HMG-CoA)-Reduktase-Inhibitor Rosuvasta-tin auf die endotheliale Funktion, die Stickstoffmonoxid (NO)-Bioverfügbarkeit und die Phosphorylierung des „vasodilator-stimulated phosphoprotein“ (VASP) in Thrombozy-ten im Rattenmodell der chronischen Herzinsuffizienz (CHF) nach Koronarligatur un-tersucht. Die Phenylephrin-induzierte Vasokonstriktion war in Gefäßringen von Versuchstieren mit CHF im Vergleich zu Tieren ohne Herzinsuffizienz deutlich verstärkt, was sich auf eine Reduktion der tonischen NO-Freisetzung in Aortenringen von CHF-Ratten zurück-führen ließ. Die Behandlung mit Rosuvastatin erhöhte die NO-Freisetzung und normali-sierte die gesteigerte Kontraktionsantwort bei CHF-Tieren. Die durch Acetylcholin in-duzierte endothelabhängige Vasorelaxation war bei CHF signifikant beeinträchtigt und wurde durch die Behandlung mit Rosuvastatin ebenfalls deutlich verbessert. Da sich keine Unterschiede in der endothelunabhängigen Relaxation nach Gabe eines NO-Donors zwischen den Untersuchungsgruppen zeigten, ist die Reduktion der Acetylcho-lin-Antwort demnach eindeutig endothelial bedingt und lässt sich nicht auf eine vermin-derte NO-Sensitivität der Muskelzellen zurückführen. Diese endotheliale Dysfunktion scheinen Statine zumindest teilweise normalisieren zu können. Die Bildung von Super-oxidanionen in Aorten von CHF-Tieren war im Vergleich zu Tieren ohne Herzinsuffi-zienz signifikant gesteigert. Durch chronische Therapie mit Rosuvastatin konnte dies signifikant reduziert werden. Passend hierzu war die intraluminale NO-Bioverfügbarkeit, gemessen als basale VASP-Phosphorylierung an Ser239 in Thrombo-zyten, bei CHF-Tieren erniedrigt und wurde durch die Rosuvastatin-Behandlung nor-malisiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es durch chronische Therapie mit dem HMG-CoA-Reduktase-Inhibitor Rosuvastatin zu einer Steigerung der NO-Bioverfügbarkeit und damit zu einer Verbesserung der Endothelfunktion bei Ratten mit Herzinsuffizienz kommt. / This study showed the effects of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A (HMG-CoA) reductase inhibiton for ten weeks with rosuvastatin on endothelial function, NO bioavailability and platelet vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP) phosphorylation in congestive heart failure (CHF) rats after coronary ligation. Phenylephrine-induced vasoconstriction was significantly increased in rats with CHF and partly normalized by treatment with rosuvastatin suggesting a reduction of tonic NO release in CHF aortic rings. Acetylcholine-induced endothelium-dependend vasorelaxation was impaired in CHF and significantly improved by rosuvastatin treatment. Since there was no significant difference between the groups in endothelial-independend relaxation induced by 2-(N,N-Diethylamino)-diazenolate-2-oxide (DEA-NONOate), the reduction in acetylcholine-induced response is caused by endothelial dysfunction and not by reduced NO-sensitivity of the muscle cells. This endothelial dysfunction seems to be at least partly normalized by statins. Aortic superoxide production was significantly increased in rats with CHF and normalized by rosuvastatin. Basal platelet VASP phosphorylation on Serin 239 was significantly reduced in CHF and normalized in rats treated with rosuvastatin. In this study HMG-CoA reductase inhibiton with rosuvastatin significantly improved NO bioavailability and endothelial function in rats with CHF.

Hintergrund Sowohl die Anzahl der Patienten, die an Diabetes mellitus Typ II erkrankten als auch die Zahl der Patienten, die sich einer Dialysetherapie unterziehen mussten, stiegen in den letzten Jahren stetig an. Im Vergleich zur Normalbe-völkerung ist die Mortalität bei Dialysepatienten um ein Vielfaches erhöht. Da mit dem Verlust der Nierenfunktion nicht nur die exkretorischen sondern auch die inkretorischen Aufgaben der Nieren, wie beispielsweise die Ausschüttung des Hormons Erythropoie-tin, nicht mehr geleistet werden können, sind diese Patienten auf eine Substitution angewiesen. Einige Dialyse-Patienten benötigen allerdings überdurchschnittlich viel Erythropoietin um den Ziel Hb-Wert zu erreichen und zu halten. Man spricht hier von EPO-Resistenz. Zwei kleine observationelle Studien haben im letzten Jahr suggeriert, dass die Gabe von Atorvastatin eine Verbesserung der EPO Resistenz bewirken könnte. Auch ein Zusam-menhang des erreichten Hämoglobinwertes und Inflammation mit einer EPO Resistenz wurde diskutiert10,11 Diese Studien waren allerdings weder verblindet noch an einem ausreichend großen Patienten-Klientel getestet. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung lag daher darin, den Einfluss von Statinen auf die EPO-Resistenz in einer großen ran-domisierten Studie zu untersuchen. Des Weiteren wurden Zusammenhänge von EPO-Resistenz mit klinischen Parametern und Endpunkten evaluiert. Methoden Den Untersuchungen lagen die Daten der 4D-Studie („Die Deutsche Diabetes Dialyse Studie“), einer multizentrischen, randomisierten, prospektiven Doppelblind-Studie mit 1255 an Diabetes mellitus erkrankten Dialysepatienten zu Grunde. Die Patienten wur-den in dieser Studie randomisiert, entweder 20 mg Atorvastatin pro Tag oder das ent-sprechende Placebo über einen mittleren Beobachtungszeitraum von 4 Jahren zu erhalten. 10 Alle Patienten wurden weniger als 2 Jahre dialysiert und waren im Alter zwischen 18 und 80 Jahren alt. Nach einer Anlaufperiode von 4 Wochen erfolgte die Randomisierung: 619 Studienteilnehmer wurden auf Atorvastatin- und 636 auf Placebo randomisiert. Der primäre Endpunkt der 4D-Studie bestand aus Tod aufgrund kardialer Ursa-chen, tödlichem oder nicht tödlichem Schlaganfall und nicht tödlichem Myokardinfarkt. Die sekundären Endpunkte waren definiert als Tod durch spezifische kardiale und zerebrovaskuläre Ereignisse, sowie Tod infolge anderer Ursachen. In regelmäßigen Abständen wurden die Teilnehmer unter Anderem auf Komedikation, Körpergewicht, Blutdruck, Puls und diverse hämatologische und biochemische Laborparameter untersucht. Im Speziellen wurde getestet, ob eine Wirkung von Atorvastatin 20 mg auf die EPO Resistenz bei Dialysepatienten mit Diabetes mellitus besteht. Dafür wurden die durch-schnittlichen Hämoglobinwerte, die mittlere EPO-Dosis und der mittlere EPO Resistenz Index für beide Patienten Gruppen über den gesamten Beobachtungszeitraum der Studie dokumentiert und miteinander verglichen. Weiterhin waren die Zusammenhänge zwischen EPO Dosis in Kombination mit Hb-Wert bezogen auf die Gesamtmortalität, kardiovaskuläre Ereignisse, plötzlichem Herztod, Schlaganfall und Myokardinfarkt ein Hauptpunkt der Analyse. Des Weiteren wurde die Assoziation von Hb-Variabilität zu den klinischen Endpunkten und die Beziehung zwischen Inflammation und EPO- Resis-tenz in der 4D-Studie evaluiert. Ergebnisse Obwohl eine deutliche Senkung der Lipidparameter durch Atorvastatin auch in dieser Studie nachgewiesen werden konnte (Atorvastatin-Gruppe von 121 mg/dl auf 72 mg/dl in vier Wochen, Placebo-Gruppe weitgehend unverändert), zeigte sich in der Primärstu-die keine signifikante Reduktion des primären Endpunktes. In den speziellen Analysen zur EPO Resistenz in der vorliegenden Arbeit konnte im Rahmen einer Post-hoc Auswertung der 4D Studiendaten gezeigt werden, dass Statine die EPO Resistenz, sowie EPO-Dosis und Hb-Wert von Dialysepatienten nicht signifikant beeinflussen. In der Atorvastatin-Behandlungsgruppe war gegenüber der Placebo-Gruppe keine Verbesserung dieser 3 Parameter während der 4 jährigen Beobachtungszeit zu verzeichnen. Hohe EPO Dosierungen, insbesondere in Zusammenhang mit nied-rigem Hb waren mit erhöhter Mortalität, kardiovaskulären Endpunkten und plötzlichem Herztod assoziiert. Die EPO-Resistenz, repräsentiert durch den EPO-Resistenz-Index ging mit erhöhten Inflammationswerten einher. Die Hämoglobin-Variabilität über ein Jahr zeigte in unserer Studie allerdings keinen Einfluss auf klinische Endpunkte. Schlussfolgerung Es gilt wissenschaftliche Arbeiten mit kleinen Fallzahlen und observationellem Charak-ter durch randomisierte große Studien kritisch zu beurteilen. Die erhöhte Mortalität und die gesteigerte Rate kardialer Ereignisse und Schlaganfälle bei EPO resistenten Patienten geben Anlass zu erhöhter Vorsicht bei der Gabe hoher EPO-Dosen an Dialysepatienten. Statine üben keinen beweisbaren klinisch bedeutsa-men günstigen Effekt auf die EPO-Resistenz bei diesen Patienten aus. Angesichts des Zusammenhanges zwischen EPO-Resistenz und Inflammation ist der antiinflammatorische Beitrag von Statinen -gemessen an anderen EPO-Resistenz bedingenden Faktoren- möglicherweise relativ zu klein, um sich klinisch bemerkbar zu machen. Weitere Studien zur Erforschung von Risikofaktoren für eine EPO-Resistenz sind daher zwingend notwendig, um weitere Zusammenhänge beleuchten und neue Therapiestrategien etablieren zu können. / Atorvastatin does not improve erythropoietin resistance in hemodialysis patients: results from the 4D study ABSTRACT Background: Statins have been suggested to improve erythropoietin resistance in dialysis patients, but data from randomized clinical studies are missing. Furthermore, little is known about the impact of erythropoietin resistance status on specific cardiovascular outcomes in dialysis patients. Methods: We conducted a post-hoc analysis of the German Diabetes and Dialysis Study (4D Study), a multicenter, randomized, double blind prospective study of 1255 patients with type 2 diabetes mellitus undergoing hemodialysis. Patients were randomly assigned to receive 20mg atorvastatin per day or matching placebo. Erythropoietin resistance status was evaluated every 6 months during a median follow-up of 4 years. By Cox regression analyses, we furthermore determined hazard ratios (HR) for pre-specified, adjudicated endpoints according to baseline erythropoietin resistance status and hemoglobin variability: sudden death (n=160), myocardial infarction (MI, n=200), stroke (n=103), cardiovascular events (CVE; n=469), and all-cause mortality (n=617). Results: Patients had a mean age of 66±8 years (54% male). No differences in hemoglobin, erythropoietin dose requirements, or erythropoietin resistance index were found between the atorvastatin- and the placebo-treated groups for any of the time points analysed during follow-up. Erythropoietin resistance was associated with inflammation, and meaningfully affected adverse outcomes: Patients with Epo doses > 100 IU/week/kg necessary for a sufficient hemoglobin level of 11 g/dl had an adjusted 2.5 fold increased risk of stroke. Similarly, these patients experienced significant, &#8805;70% higher rates of sudden death, combined cardiovascular events and mortality, while the risk of myocardial infarction was not affected. Higher hemoglobin variability did not increase adverse outcomes in the present analysis. Conclusions: This study in the 4D randomised controlled trial did not suggest any effect of atorvastatin in improving responsiveness to EPO therapy in maintenance hemodialysis patients. Resistance to erythropoietin was strongly associated with stroke, sudden death, combined cardiovascular events and mortality. Further studies are needed to reduce erythropoietin resistance in hemodialysis patients. INTRODUCTION Despite an increase in the use of erythropoietin over the last decade, a substantial proportion of patients with chronic kidney disease (CKD) fail to achieve hemoglobin targets as recommended by the international guidelines (1,2). In this setting, the term epo-resistance is used to define the patients who fail to attain the target Hb despite a higher than usual dose of erythropoietin, or who continuously need a higher dose to maintain it. Approximately 10% of patients with CKD would fulfil this definition, but the true incidence of Epo hyporesponsiveness is not precisely known. The excessive administration of Epo in hyporensponsive patients poses an enormous burden on the social communities. It is accompanied by very high costs requiring large budgets, and competing with other patients needs. Most importantly, Epo resistance has been shown to be associated with an increased mortality (3). Therefore, it is important to reduce Epo resistance, with the potential to improve patient outcomes and support social healthcare systems. Chronic kidney disease, and in particular end-stage renal disease (ESRD) has been recognized as an inflammatory state with increased levels of CRP, IL-6 and TNF alfa. Evidence suggests that the inflammatory state increases the resistance to erythropoietin. Important mechanisms involved may be that cytokines could directly inhibit erythropoiesis and promote apoptosis of erythroid precursors (4-7), decrease iron availability for erythropoiesis and upregulate hepcidine. Likewise, statins have been suggested to decrease or attenuate inflammation in ESRD patients, and potentially reduce Epo resistance (8,9). However, the latter studies were small and uncontrolled, and the anti-inflammatory effect of statins did not translate into an improvement of survival in randomized trials (10,11). In this context, there has furthermore been much discussion and controversy about the impact of target haemoglobin and Epo responsiveness on cardiovascular events and survival in dialysis patients. The effect of statins on Epo resistance remains largely unclear, as the role of Epo resistance and target hemoglobin for the different components of cardiovascular events and survival in these patients. Hence, we conducted a post-hoc analysis of the 4D study, a randomized controlled trial to evaluate the effect of cholesterol lowering therapy in 1255 dialysis patients with type 2 diabetes mellitus. Our primary aim was to investigate the effect of atorvastatin 20mg od on ESA responsiveness in the patients receiving ESA therapy. Second, we hypothesized an association between ESA responsiveness and inflammation in dialysis patients. Finally, we assessed the effect of ESA responsiveness on sudden cardiac death, stroke, myocardial infarction, combined cardiovascular events and mortality, as the effect of haemoglobin variability on these endpoints. Statistical Analysis Patient characteristics are presented according to categories of Erythropoietin resistance status. Patients were divided into the following four groups: 1) Hb 8804; 11g/dl, EPO use 8804; 100 IU/kg/week 2) Hb 8804; 11g/dl, EPO use > 100 IU/kg/week, 3) Hb > 11g/dl, EPO use 8804; 100 IU/kg/week, 4) Hb > 11g/dl, EPO use > 100 IU/kg/week. Continuous variables were expressed as mean with standard deviation or median with interquartile range (IQR) as appropriate, and categorical variables were expressed as percentages. In order to investigate the impact of statins on erythropoietin resistance, the mean haemoglobin,the mean EPO dose,and the mean ESA index per patient for the 5 years of study were determined. The darbepoetin dose (ug/kg/wk) was converted to the equivalent EPO dose by multiplying x 200.The ESA index was computed from the EPO dose (U/kg/wk) divided by the Hb (g/dL). A comparison was made of the values for each of these three measurements between the atorvastatin- and placebo-treated groups. Furthermore, haemoglobin, Epo dose, and Esa index values were investigated longitudinally across the 5 years of study including differences from baseline by treatment. Second, the values of Epo dose and ESA index at baseline were compared between patients with different levels of CRP in order to assess the association of Epo resistance with inflammation. Patients were thereby grouped according to a CRP level of < or 8805;5mg/dl, and a level of < or 8805;10mg/dl in a second step. Third, the effect of erythropoietin resistance on clinical outcomes was assessed by Kaplan-Meier estimates for incidences of the pre-specified endpoints grouped by the categories of Erythropoietin resistance status (see above). Furthermore, relative risks were derived from Cox regression analyses, i.e. hazard ratios (HR) and corresponding 95% confidence intervals. The analyses were adjusted for the potential confounders age, gender, duration of diabetes, duration of haemodialysis, time on EPO therapy, co-morbidity, cholesterol level, CRP level, and ferritin. Similarly, in order to assess the impact of hemoglobin variability on clinical outcomes, Kaplan-Meier and Cox regression analyses were performed. The standard deviation for the first 4 hemoglobin values (baseline, 1, 6, and 12 months) was determined and patients grouped according to quartiles of this parameter. Kaplan-Meier plots were constructed for each of the four groups, as were adjusted hazard ratios and 95% confidence intervals calculated. All p-values are reported two-sided. Analyses were performed using SAS version 9.1.3. RESULTS Patient characteristics Between March 1998 and October 2002, a total of 1255 patients were included into the 4D study. The mean follow-up period was 3.96 years (median 4.0 years) on atorvastatin and 3.91 years (median 4.08 years) on placebo. During follow-up, 617 patients died, of whom 160 patients died of sudden cardiac death. Furthermore, a total of 200 patients experienced a fatal or non-fatal myocardial infarction. In the study population (n=1255), the mean (SD) age was 65.7 (8.3) years, and 54% of the patients were male. A total of 81% of the patients received erythropoietin. The mean (SD) baseline hemoglobin level was 10.9 (1.4) g/dl; with no significant difference between the atorvastatin and placebo groups. The baseline patient characteristics are shown in Table 1. Effect of atorvastatin on erythropoietin resistance There was no difference between the atorvastatin and placebo groups in mean haemoglobin, mean Epo dose, and mean ESA index, when the mean values over 5 years were calculated per patient. The respective values were 11.2 (1.0) vs 11.2 (1.1) g/dl for haemoglobin (p=0.99), 83.6 (48.5) vs 86.6 (49.8) IU/kg/week for Epo dose (p=0.33) and 7.6 (4.9) vs 7.9 (5.0) IU/kg/week/Hb for the ESA index (p=0.32). The results of the longitudinal analyses investigating the single timepoints separately across the 5 years of study including differences from baseline by treatment are shown in Figures 1A-C. Overall, the differences were very small and not statistically significant. Association of inflammation with erythropoietin resistance Patients with a CRP level above 5mg/L had higher doses of erythropoietin and a higher ESA index as compared to the patients with a CRP below 5mg/L. The median level of epo dose was 69 IU/kg/week (IQR 45 - 101) in the patients without, and 76 IU/kg/week (IQR 47 - 108) in the patients with inflammation, as defined by the cutoff of the CRP at 5mg/L. Accordingly, the values for the ESA index were 6,4 (IQR 4,1 - 9,5) and 7,1 (IQR 4,4 -10,8), respectingly, the comparison of which indicated a trend for a difference, as reflected by a p-value of 0.09. Further analyses were performed, using a higher cutoff for the presence of inflammation with a CRP level of 10mg/L. The association of epo resistance with inflammation was more pronounced, as reflected by significantly different levels of the ESA index in patients with and without inflammation. The ESA index was 6,4 (IQR 4,1 - 9,6) in patients with a CRP &#8804; 10 mg/L, and 7,2 (IQR 4,5 - 11,1) in patients with a CRP > 10 mg/L (p = 0,034). The doses of erythropoietin were 70 (IQR 45 - 101,5) and 77 (IQR 48-113) IU/kg/week, respectively. Erythropoietin resistance status and risk of adverse clinical outcomes In Kaplan-Meier analyses, the group of patients with a sufficient haemoglobin >11 g/dL and low Epo dose &#8804;100 IU/week/kg showed the best survival and lowest rates of adverse cardiovascular outcomes (Figures 2A-D). When investigating relative risks by Cox regression analyses, these patients were used as the reference group. Compared to those, patients with sufficient hemoglobin >11 g/dl, but higher Epo use > 100 IU/week/kg had an adjusted 2.5 fold higher risk of stroke. Furthermore, the risk of sudden death was increased by 79%, and the risk of combined cardiovascular events by 73%, respectively. Similarly, these patients experiened a 70% higher mortality as compared to the reference group. Of note, low hemoglobin levels also affected outcomes, both with the use of low or high Epo doses. These patients with low hemoglobin levels < 11g/dl showed higher risks of sudden death, combined cardiovascular events and mortality as compared to the reference group. In contrast, myocardial infarction was not affected by neither combination of hemoglobin and Epo use (Table 2). Hemoglobin variability and risk of adverse clinical outcomes Overall, the risks of sudden death, stroke and myocardial infarction did not meaningfully differ between the quartiles of hemoglobin variability. Surprisingly, there was a lower incidence of cardiovascular events in the highest as compared to the lowest hemoglobin variability group, when cardiovascular events were analyzed in the combined endpoint. However, the risk of all-cause mortality did not differ across the quartiles of hemoglobin variability. DISCUSSION This study investigated the effect of statin use on erythropoietin resistance in hemodialysis patients, using data from the randomized controlled German Diabetes and Dialysis Study (4D Study). We have shown in a large group of 1255 patients that atorvastatin did not meaningfully affect erythropoietin resistance, the dose of erythropoietin, and the level of hemoglobin during a median of 4 years follow-up. There was an association between erythropoietin resistance and inflammation, as patients with a higher ESA index had higher levels of C-reactive protein. Furthermore, patients with higher Epo doses necessary for a sufficient hemoglobin level of 11 g/dl had an adjusted 2.5 fold increased risk of stroke. Similarly, these patients experienced significantly higher rates of sudden death, combined cardiovascular events and mortality. Hemoglobin variability did not meaningfully impact on adverse outcomes in the present analysis. - comparison with literature - mechanisms This study had certain limitations. It was a post-hoc analysis within a selected cohort of German patients with type 2 diabetes mellitus on hemodialysis. Therefore, the associations found may not be generalisable to other patient populations. The double-blind treatment and setting of a randomized clinical trial was the major strength of this study. Further important strengths include the specific clinical outcomes to be analyzed. In this context, the long-term follow-up, adequate sample size and high incidence of pre-specified and centrally adjudicated endpoints are further to be mentioned. In conclusion, this post hoc analysis of 1255 patients in the 4D randomised controlled trial did not suggest any effect of atorvastatin in improving responsiveness to EPO therapy in maintenance HD patients. Resistance to erythropoietin was a strong risk factor for stroke, and furthermore increased the risks of sudden death, combined cardiovascular events and mortality. Further studies with novel treatments are needed in order to address the problem of erythropoietin resistance in hemodialysis patients.

Ulm, Univ., Diss., 2008.

Zsfassung in dt. Sprache. - Würzburg, Univ., Diss., 2008

Il a déjà été démontré que les statines (ou inhibiteurs de la HMG-CoA réductase) sont efficaces pour réduire le LDL-cholestérol et elles se sont depuis établies comme étant le pilier dans le traitement de la dyslipidémie. Toutefois, environ 10 pourcent des utilisateurs de statines souffrent d'effets indésirables, généralement sous forme de myopathie qui est souvent accompagnée d’un taux élevé de la créatine kinase (CK) plasmatique. Il est fréquent que les patients doivent arrêter les statines à cause d’un taux de CK dépassant un seuil de référence. Nous avons examiné le taux de CK de près de 6000 participants de la biobanque de l’ICM, qui ont récemment été génotypés à l'aide de la micropuce d'ADN ExomChip d'Illumina. Des études antérieures ont démontré une association significative entre le taux de CK plasmatique et des polymorphismes génétiques et nous avons cherché à répliquer ces résultats par association génétique et à l'aide du test SKAT pour les polymorphismes rares. Nous avons répliqué les résultats dans le gène CKM (rs11559024, p=1.59x10-23) et le gène LILRB5 (rs12975366, p=1.44x10-26) dans le chromosome 19. Nous espérons que ces résultats seront éventuellement utilisés en clinique pour la prédiction des taux de référence de CK personnalisés selon le profil génétique des patients utilisateurs de statines. / Statins (HMG-CoA reductase inhibitors) have been shown to reduce LDL-cholesterol and are undoubtedly the mainstay in the treatment of hyperlipidemia. Approximately 10 percent of statin users suffer from adverse side effects, the most common being muscle myopathy. Muscle myopathy is often accompanied by elevated levels of plasma creatine kinase (CK). Oftentimes, patients are taken off statins after their CK levels surpass a reference threshold. We looked at CK levels in the MHI Biobank, which have recently been genotyped in over 6000 participants with the Illumina ExomChip. Prior studies have found significant association between plasma CK levels and genetic variants and we aimed to replicate these findings using a genome wide association and a SKAT burden test for rare variants. We were able to replicate findings in the CKM gene (rs11559024, p=1.59x10-23) and LILRB5 gene (rs12975366, p=1.44x10-23) in chromosome 19. We hope that these results will eventually be utilized in clinical statin care by aiding in the prediction of personalized reference CK levels based on genetic information for patients using statins.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une perte progressive des terminaisons présynaptiques dopaminergiques et reste actuellement incurable. Néanmoins, dans les études épidémiologiques, il a été montré que l’utilisation des statines, médicaments hypocholestérolémiants, diminue le risque de développer une MP. Les statines sont également capables d'inhiber les effets neurodégénératifs dans les modèles précliniques in-vitro et in-vivo de la MP. Cependant, les mécanismes moléculaires à l’origine de ces effets neuroprotecteurs ne sont pas encore complétement élucidés. Ainsi, nous avons étudié les effets potentiels des statines sur l'expression des marqueurs synaptiques et sur le transport de la dopamine. Dans nos études, les statines induisent la croissance des neurites dans les cellules dopaminergiques et déclenchent une augmentation de l’expression des protéines synaptiques dopaminergiques telles que le transporteur vésiculaire des monoamines (VMAT2) et le transporteur de la dopamine. Les statines induisent une diminution de la recapture de la dopamine cellulaire et des changements d’affinités aux niveaux des sites de liaison des inhibiteurs sélectifs du VMAT2. L’activation du facteur de transcription nucléaire protéine-1 se liant à l'élément de régulation des stérols (SREBP-1), cholestérol-dépendent, serait l’élément inducteur de la surexpression des marqueurs dopaminergiques présynaptiques induite par les statines. En outre, ces résultats soutiennent un potentiel thérapeutique neuroprotecteur et/ou neurorestaurateur des statines précédemment proposées dans la MP et permettent de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques comme le facteur SREBP. / Parkinson disease (PD) is characterized by a progressive loss of dopaminergic presynaptic terminals and remains incurable. However in epidemiological studies, it has been shown that the use of statins, which are hypocholesterolemic drugs, diminishes the risk to develop a PD. Statins are able to inhibit the neurodegenerative effects in in-vitro and in-vivo models of PD. However, the molecular mechanisms driving neuroprotective effects are not yet fully understood. Consequently, we investigated the potential effects of statins on the synaptic expression and dopamine transport function in the dopaminergic system. In our studies, statins enhance the neurite outgrowth in the dopaminergic cells and trigger an increase in the expression levels of presynaptic dopaminergic proteins such as vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) and dopamine transporter. Statins induce a reduction of dopamine cellular uptake and modulate the binding-affinity of the specific inhibitors for VMAT2. The activation of the nuclear transcriptional factor sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP-1), cholesterol-dependent, could be the key element of the overexpression of dopaminergic presynaptic markers induced by the statins. Furthermore, these findings highlight the therapeutic neuroprotective and/or neurorestorative potentials of statins previously proposed in PD and allow to bring out new potential therapeutic targets such as SREBP factor.