1 Verlängerung der kardialen Repolarisationsdauer unter psychiatrischer Medikation bei gleichzeitigem genetischen Basisrisiko
Vielen Psychopharmaka wird eine repolarisationsverlängernde Wirkung zugeschrieben. Diese unerwünschte Arzneimittelwirkung, erkennbar an einer Verlängerung des QT-Intervalls im Elektrokardiogramm, ist in den vergangenen Jahren, aufgrund des Zusammenhanges mit lebensbedrohlichen Torsades-de-Pointes-Tachyarrhythmien, in den Fokus der klinischen Forschung gerückt. Aufgrund dieser Nebenwirkung werden viele gut wirksame Arzneimittel einer erneuten eingehenden Nutzen-Risiko-Analyse unterzogen und in manchen Fällen führte dies zu einer Limitierung der pharmakologischen Möglichkeiten.
Als Hauptmechanismus für eine Psychopharmaka-induzierte QT-Zeit-Verlängerung gilt die Blockade von kardialen Kaliumkanälen. Aber auch genetische Veränderungen unterschiedlicher kardialer Ionenkanäle gelten als Risikofaktoren, ebenso wie Effekte anderer ionenabhängiger Signalwege. Da Patienten mit genetischer Prädisposition ein defacto erhöhtes Risiko für eine pharmakologisch induzierte QT-Zeit-Verlängerung aufweisen, spricht man von reduzierter Repolarisationsreserve, mit erhöhtem Basislinienrisiko für kardiale Nebenwirkungen.
Ziel war es, über einen additiven genetischen Risikoscore eine Quantifizierung individueller Vulnerabilität zu erreichen und zu zeigen, dass dieses Risiko durch die Kontrolle von Medikamenten-Serumspiegeln modulierbar sein kann.
Aus einer prospektiven Studie, mit 2062 an endogener Psychose leidenden Patienten des Zentrums für Psychische Gesundheit des Universitätsklinikums Würzburg, wurden 392 Patienten (mittleres Alter bei Studieneinschluss 41,0 ± 15,0 Jahre, 36,2 % Frauen) rekrutiert. Primäres Einschlusskriterium für die angeknüpfte, retrospektive Studie war das Vorliegen einer Serumspiegelbestimmung der psychiatrischen Medikation binnen drei Tagen vor oder nach einer elektrokardiographischen Untersuchung (N = 392). Die den Einschlusskriterien entsprechenden 392 Patienten wurden daraufhin auf 62 Einzelpolymorphismen, die in Verbindung mit einer verlängerten QT-Zeit stehen, getestet und die Ergebnisse mit den patientenspezifischen Daten aus den elektrokardiographischen Untersuchungen korreliert.
Des Weiteren wurden, basierend auf vier großen Publikationen des internationalen „Cardiac Safety Consortium“ (77-79, 148), bekannte polygene Risikoscores, die diese Risikopolymorphismen enthalten, anhand des eigenen Patientenkollektivs berechnet und durch Korrelation mit der QT-Zeit überprüft. Diese Scores funktionieren jeweils nach einem Additionsmodell, bei dem nach unterschiedlicher Gewichtung das individuelle Risiko, das durch das Vorhandensein eines bekannten Risikopolymorphismus quantifizierbar wird, zu einem Gesamtrisiko aufsummiert wird.
Darüber hinaus ist das Patientenkollektiv auf einen Zusammenhang zwischen dem Serumspiegel der psychiatrischen Medikation und der QT-Zeit geprüft worden. Dazu wurde das Gesamtkollektiv in medikamentenspezifische Subgruppen unterteilt (Amitriptylin (N = 106), Clomipramin (N = 48), Doxepin (N = 53), Mirtazapin (N = 45), Venlafaxin (N = 50), Aripiprazol (N = 56), Clozapin (N = 127), Haloperidol (N = 41), Olanzapin (N = 37), Perazin (N = 47), Quetiapin (N = 119) und Risperidon (N = 106)).
Abschließend wurden die Subkollektive in einem kombinierten Rechenmodell daraufhin geprüft, ob Zusammenhänge zwischen den genetischen Risikoscores nach Strauss et al. (148) mit dem jeweiligen Medikamenten-Serumspiegel auf die QT-Zeit bestehen.
13 der 62 untersuchten Einzelpolymorphismen zeigten einen signifikanten Zusammenhang mit einer verlängerten Repolarisationsdauer. Ebenfalls korrelieren polygene Risikoscores einer verlängerten kardialen Repolarisation und erklären einen dabei signifikanten Anteil der Varianz. Die Ergebnisse der Literatur, bezüglich der Scores nach Pfeufer et al. (77) (R = 0,124, p = 0,014; N = 392), nach Noseworthy et al. (79) (R = 0,169; p = 0,001; N = 392), sowie nach Strauss et al. (148) (R = 0,199; p = 0,000; N = 392) konnten anhand des eigenen Kollektives reproduziert werden, wohingegen der Score von Newton-Cheh et al. (78) keinen signifikanten Zusammenhang mit der QT-Zeit zeigte (R = 0,029; p = 0,568; N = 392).
In der Subgruppenanalyse konnte ein stark vom Serumspiegel abhängiger, verlängernder Effekt auf die QT-Zeit für die Arzneistoffe Amitriptylin, Nortriptylin, Clomipramin, und Haloperidol nachgewiesen werden. Die Analyse der mit Amitriptylin behandelten Patienten (N = 106) ergab für Nortriptylin (F (1,104) = 5.986; p = .016, R = .233), als auch für den Summenspiegel aus Amitriptylin und Nortriptylin (F (1,104) = 4.408, p = .038, R = .202) einen signifikanten, nach Cohen einen mittelstarken Zusammenhang mit der QT-Zeit. Starke Effekte auf die QT-Zeit wurden im Zusammenhang mit den Serumspiegeln der Medikamente Clomipramin (F (1,46) = 39.589, p < .001, R = .680, N = 48) und Haloperidol (F (1,39) = 12.672, p = .001, korrigiertes R2= .245, N = 41) errechnet.
Ein kombiniertes Rechenmodell, das sowohl den Einfluss des jeweiligen Serumspiegels, als auch des genetischen Risikoscores nach Strauss et al. (148) berücksichtigte, erlaubte bei diesen Arzneistoffen eine signifikant höhere Varianzaufklärung der QT-Zeit, als die jeweiligen Effekte für sich genommen.
Die QT-Zeit gilt als erwiesenermaßen genauso abhängig von der individuellen genetischen Ausstattung, wie auch von Serumspiegeln potentiell als QT-verlängernd eingestufter Medikamente. Diese Effekte scheinen additiv verknüpfbar, so dass das von Roden et al. entwickelte Konzept der reduzierten Repolarisationsreserve (54) als bestätigt gelten darf. Die jeweiligen Einzeleffekte vom genetischen Risiko, sowie der Medikation haben zusammen einen größeren Einfluss auf die gemessenen QT-Zeit als für sich alleine genommen. Durch die Genetik lässt sich somit tatsächlich eine grobe vorab-Risikoabschätzung treffen. Dies könnte nach sorgfältiger Nutzen-Risiko-Analyse durch Kontrollen des EKGs und des Serumspiegels moduliert werden und somit vielfältigere therapeutische Möglichkeiten erhalten.
2 Entwicklung und Validierung einer Dried-Blood-Spot-Methode zum therapeutischen Drug Monitoring von Clozapin und Quetiapin
Die Technik der Extraktion und Analyse von Stoffen aus getrocknetem Blut ist bereits seit den 1960er Jahren bekannt, wurde bis zur jüngeren Vergangenheit aber eher zu diagnostischen Zwecken angewendet. Durch Fortschritte in der Analytik im Sinne ausgefeilterer Chromatographie und sensitiverer Detektion wurde das Verfahren der Dried-Blood-Spot-Analytik auch für die Spiegelbestimmung von Arzneistoffen interessant. So wurden auch im Bereich des Therapeutischen Drug Monitorings bereits Methoden, beispielsweise für Antibiotika, Antiepileptika, Virostatika und in jüngerer Zeit auch Antidiabetika publiziert. Die Vorteile in der Probenhandhabung und durch geringeren Aufwand bei der Blutentnahme sowie geringeres Probenentnahmevolumen werden durch weitere Fortschritte im Bereich der Analytik vordergründiger.
Ziel war es, ein Extraktionsverfahren zu entwickeln und zu validieren, dass die gemeinsame Quantifizierung der häufig verabreichten Antipsychotika Clozapin und Quetiapin aus einem einzelnen getrockneten Blutstropfen ermöglicht.
Die Extraktion mit einer Mischung aus 99 % Acetonitril und 1 % 1 M Salzsäure und anschließender HPLC-Analyse mit Säulenschaltung und photometrischer Detektion wurde nach den Richtlinien der Gesellschaft für toxikologische und forensische Chemie (GTFCh) (146) validiert. Sie entsprach sämtlichen Anforderungen bezüglich Linearität, Bestimmungsgrenze, Stabilität, Genauigkeit, Extraktionsausbeute und Robustheit.
Somit gilt diese Methode in der Praxis als anwendbar und dürfte, nach Überprüfung der therapeutischen Bereiche für kapillares Vollblut im Vergleich zu den bereits definierten Bereichen für venöse entnommene Serumproben, Eingang in die klinische Praxis finden. / Summary
1 Prolongation of cardiac repolarisation time in the course of psychiatric medication at concurrent genetic baseline risk
Many psychiatric medications are attributed a repolarisation prolonging effect. This adverse drug reaction, evident in a prolonged QT interval in the electrocardiogram, has become the focus of clinical research in recent years due to its association with life-threatening Torsades-de-Pointes tachyarrhythmias. As a consequence of this side effect, many well established and potent drugs have been re-evaluated in depth, and in some cases, this has resulted in a limitation of pharmacological options.
The main mechanism for a drug-induced QT-prolongation is the blockade of cardiac potassium channels. Also, genetic alterations of cardiac ion channels are considered risk factors for a prolonged repolarisation, as well as effects of other ion dependent signalling pathways. Patients with a genetic predisposition for a prolonged repolarisation time suffer a greater risk for a drug-induced QT-prolongation. This is referred to as a “reduced repolarization reserve” (54), with an increased baseline risk for cardiac side effects.
The aim of this study was to quantify individual vulnerability via an additive genetic risk score, and to outline the possibility that this risk can be modulated by regular control of drug serum levels.
From a prospective study of 2062 inpatients of the Centre for Mental Health of the University Clinic Würzburg, diagnosed with endogenous psychosis, we recruited 392 patients (mean age 41.0 ± 15.0 years, 36.2 % women) for a further retrospective survey. Primary inclusion criterion was a conducted serum level measurement of the administered psychiatric medication within three days before or after an electrocardiographic record. These patients were tested on 62 single nucleotide polymorphisms associated with prolonged QT time, and the results were correlated with individual electrocardiographic data.
In a further analysis, known polygenic risk scores, based on four major publications of the international cardiac safety consortium (77-79, 148), were calculated and tested on this patient sample. Either of these scores functions by adding up individual risk by a weighted combination of polymorphisms associated with QT prolongation.
Furthermore, a correlation between medication serum level and repolarisation was investigated in this patient sample. Medication specific sub samples contained patients with Amitriptylin (N = 106), Clomipramin (N = 48), Doxepin (N = 53), Mirtazapin (N = 45), Venlafaxin (N = 50), Aripiprazol (N = 56), Clozapine (N = 127), Haloperidol (N = 41), Olanzapine (N = 37), Perazin (N = 47), Quetiapine (N = 119) and Risperidon (N = 106).
In a subsequent analysis, these medication-specific patient groups were tested in a combined calculation model on the hypothesis of an interconnected correlation of medication serum level and the genetic risk score of Strauss et al. (148) with prolonged QT time
Out of 62 single nucleotide polymorphisms analysed, 13 showed a direct significant correlation with a prolonged QT time in our patient sample. Also, polygenic risk scores correlate well with prolonged cardiac repolarisation and explain a significant percentage of variability.
The genetic risk scores of Pfeufer et al. (77) (R = 0,124, p = 0,014; N = 392), Noseworthy et al. (79) (R = 0,169; p = 0,001; N = 392), as well as Strauss et al. (148) (R = 0,199; p = 0,000; N = 392) showed results in line with previous work and correlated well with prolonged QT-time, whereas the results of Newton-Cheh et al. (78) could not be reproduced (R = 0,029; p = 0,568; N = 392).
Furthermore, in an analysis of medication specific subsamples, a strongly serum level dependent effect on QT-time could be shown for Amitriptyline, Nortriptyline, Clomipramine, and Haloperidol.
Analysis of Amitriptyline subsample (N = 106) showed a significant correlation with QT-time for Nortriptyline (F (1,104) = 5.986; p = .016, R = .233), as well as for the sum of Amitriptyline and Nortriptyline (F (1,104) = 4.408, p = .038, R = .202).
Strong, serum level dependent effects on repolarisation could also be shown for Clomipramine (F (1,46) = 39.589, p < .001, R = .680, N = 48) and Haloperidol (F (1,39) = 12.672, p = .001, N = 41).
A computational model, combining the effects of serum level and the genetic risk score analogous to
Strauss et al. (148), resulted in a higher yield of explained variance than both effects on their own.
QT time has been proven dependent equally on individual genetic predisposition as well as on serum levels of potentially Qt-prolonging medication. These effects seem connectable in an additive way, hence the concept of a reduced repolarisation reserve (54) could be confirmed. A combination of genetic baseline risk and influence on QT-time of medication shows a greater impact on repolarisation time than the respective single effects alone.
Therefore, a preliminary risk evaluation is possible. After a thorough evaluation of risk versus benefit, this could preserve varied therapeutic possibilities by risk modulation via electrocardiographic examination and particularly serum level measurement of medication.
2 Development and Validation of a Dried Blood Spot Method for Therapeutic Drug Monitoring of Clozapine and Quetiapine
While the technique of extraction and analysis of compounds from dried blood is already known since the 1960s, until recently it was predominantly used rather for diagnostic purposes. Advances in analytical methods, especially due to more sophisticated chromatography and higher sensitivity in signal detection, Dried Blood-Spot Analysis became interesting for blood level measurement of drugs.
In the field of therapeutic drug monitoring, methods applicable to antibiotics, antiepileptic and antiviral drugs, and more recently to antidiabetic compounds, have been published.
Advantages in the terms of sample-handling, as well as a reduced outlay at (point of care) blood withdrawal become more evident by advances in the field of analytics.
The aim was to develop and validate an extraction procedure that allows the combined quantification of the commonly prescribed antipsychotics Clozapine and Quetiapine from a single dried blood spot.
Extraction with a mixture of 99 % Acetonitrile and 1 % 1 M Hydrochloric acid, with subsequent HPLC analysis with back-flush-column switching and photometric detection, was validated according to the guidelines of the Society of Toxicological and Forensic Chemistry (GTFCh) (146).
All requirements regarding linearity, precision, specificity and limit of detection, limit of quantitation, accuracy, extraction yield and robustness were met. Therefore, this method is validly applicable and might, after further reviewing therapeutic ranges of capillary whole blood in relation to already defined venous serum samples, find its way into clinical practice.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:16905 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Hohner, Matthias Markus |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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