Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine selektiv durchlässige Barriere dar, die den Austausch von Stoffen zwischen Blut und ZNS kontrolliert und so neuroprotektiv wirkt. Sie verhindert allerdings nicht nur die Passage toxischer Metaboliten, sondern verwehrt auch vielen therapeutischen Wirkstoffen den Zugang zum Gehirn. Die Forschung an Methoden zum Erreichen höherer Arzneimittelkonzentrationen im Gehirn ist deshalb essenziell für die Behandlung zerebraler Erkrankungen wie dem zerebral metastasierten Mammakarzinom. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, Wirkstoffe zu identifizieren, die die Permeabilität der BHS erhöhen.
Die Substanzdatenbank LO1208 von Sigma-Aldrich wurde im Rahmen eines HTS auf ihre permeabilitätsbeeinflussenden Eigenschaften untersucht. Hierbei konnten
31 Substanzen identifiziert werden, welche die Permeabilität von BLECs um mindestens 50 % erhöhen. Aus diesen wurden 4-Amino-1,8-naphthalimid (PARP-Inhibitor) und GW2974 (TKI) für eine genauere Analyse ausgewählt. Als dritter Wirkstoff wurde Ibuilast (Inhibitor der PDE4, des MIF sowie des Toll-like-Rezeptor-4) untersucht, wobei dieser keine signifikante Veränderung der Permeabilität bewirkt. Die Messung des TEERs und der Permeabilität für Fluorescein bestätigten die Ergebnisse aus dem HTS, welches demnach zukünftig für Permeabilitätstests eingesetzt werden kann. Die Zellviabilität wird durch 4 Amino-1,8-naphthalmid nicht beeinflusst. GW2974 und Ibudilast zeigen bei
500 µM einen toxischen Einfluss auf MCF-7-Zellen. BLECs werden durch 100 µM GW2974 gehemmt. Es konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Permeabilität mit einer Veränderung der TJ-Proteinexpression einhergeht. 4-Amino-1,8-naphthalimid senkt die Expression von Occludin auf mRNA- und Proteinebene. GW2974 vermindert zusätzlich die Expression von VE-Cadherin, Claudin-5 und ZO-1. Darüber hinaus wurde die Wirkung auf Effluxpumpen untersucht. Die Ergebnisse der mRNA- und Protein-expression weichen voneinander ab, weshalb eine genauere Untersuchung der Translationsvorgänge sinnvoll erscheint. Glut-1 wird in GW2974 behandelten Zellen überexprimiert, was auf eine erhöhte Aktivität der BLECs hinweist.
GW2974 und 4-Amino-1,8-naphthalimid könnten durch ihre permeabilitätssteigernde Wirkung die Ansprechrate einer systemischen Behandlung von PatientInnen mit einem zerebral metastasierten Mammakarzinom erhöhen und somit ihre Prognose verbessern. Detaillierte Studien zu Kombinationstherapien, den notwendigen Wirkstoff-konzentrationen und eventuellen negativen neurologischen Wirkungen sollten erwogen werden. / The Blood-Brain Barrier (BBB) represents a selectively permeable barrier that controls the exchange of substances between the blood and the brain and thus has a neuroprotective effect. However, it not only prevents the passage of toxic metabolites, but also limits the access of therapeutic agents to the brain. Further research into methods to achieve higher drug concentrations in the brain is essential for the treatment of cerebral diseases such as cerebral metastatic breast cancer. The goal of this study was to identify drugs that increase the permeability of the BBB.
The substance database LO1208 from Sigma-Aldrich was examined for its permeability-influencing properties as part of a high throughput drug screening (HTS). 31 of the examined substances showed an increase of the permeability on brain-like endothelial cells (BLECs) by at least 50%. Thereof 4-amino-1,8-naphthalimide (PARP inhibitor) and GW2974 (TKI) were selected for a more detailed analysis. Ibudilast (inhibitor of PDE4, MIF and Toll-like receptor-4) was found to be the third most active substance, although it did not cause any significant change in permeability. The measurement of the trans endothelial electrical resistance (TEER) and the permeability for fluorescein confirmed the results from the HTS and therefore is suggested to be used in further permeability tests in the future. Cell viability is not affected by 4 amino-1,8-naphthalmide. GW2974 and Ibudilast have a toxic effect on MCF-7 cells at a concentration of 500 µM, whereas BLECs are inhibited at a concentration of 100 µM of GW2974. The results show that the increased permeability is associated with a change in tight junction protein expression. 4-Amino-1,8-naphthalimide decreases the expression of occludin at mRNA and protein level. GW2974 also reduces the expression of VE-cadherin, claudin-5 and ZO-1. In addition to the abovementioned analysis, also the effect on efflux pumps was investigated. As the results of the mRNA and protein expression differ from each other, a more detailed analysis will be necessary to investigate the translation process. Glut-1 is overexpressed in GW2974-treated cells, which indicates an increased activity of the BLECs.
GW2974 and 4-amino-1,8-naphthalimide could increase the response rate to systemic therapy of patients with cerebral metastatic breast cancer through their permeability-enhancing effect and thereby improve their prognosis. Detailed studies on combination therapies, the necessary drug concentrations and possible negative neurological effects are recommended to gain further insight.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:36996 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Wucherpfennig, Sophia |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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