PORTFOLIO

Kardiovaskuläre Krankheiten verursachen die meisten Todesfälle in der westlichen, industrialisierten Welt. Herzversagen kann auf viele Ursachen zurückgeführt werden unter anderem auf Probleme der Gefässe, aber auch auf Verlust der Kontraktionsfähigkeit des Herzmuskels. Herzmuskelzellen sind mit kontraktilen Apparaten, den Myofibrillen, ausgestattet und können damit mechanische Arbeit leisten. Es sind verschiedene Gründe des Versagens bekannt und in diesem Projekt wird der Verlust der Kontraktionsfähigkeit durch Myofibrillenzerfall verursacht durch Stresssituationen und deren Schutz durch hormonähnliche Stoffe untersucht.
Anthracyclin-Chemotherapeutika (z.B. Doxorubicin) zur Behandlung von Brustkrebs, die in Kombination mit Antikörper gegen Neuregulinreceptoren (Herceptin ®) verabreicht worden sind, haben bei einem signifikanten Anteil von Patientinnen zu Herzinsuffizienz geführt. Das Herzversagen war in einem Fall nach absetzen von Anthracyclin sogar reversibel und führte zur partiellen Erholung der Herzfunktion. Da die Kombination von Anthracyklin Chemotherapeutika mit Antikörpern gegen den Neuregulin Rezeptor zu einer starken Herzinsuffizienz führt, wurde die Arbeitshypothese formuliert, dass das Hormon Neuregulin chemisch gestresste Cardiomyozyten vor dem Zerfall schützt kann. Das hier vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel diese Hypothese im „in vitro“ Zellkultursystem zu testen und die mögliche Anwendung auf klinische Verhältnisse vor zu bereiten.

Das Projekt entstand aus einer Kooperation von klinisch orientierten Labors in Bern (T. Suter) und Boston (D. Sawyer) mit dem Grundlagen Labor an der ETH Zürich (J.-C. Perriard). Das Interesse an Neuregulin wurde geweckt durch Herzinsuffizienzen, die an Patientinnen nach Behandlung mit Anti-Neuregulin Rezeptor in Kombination mit Anthracyclinen beobachtet wurde. Die Herzpathologie ist gekennzeichnet durch eine starke Abnahme der Myofibrillenfunktion und die Frage stellt sich, wie weit der Zerfall der Muskel-Cytoarchitectur für diese Funktionsstörungen verantwortlich ist. Die gleichzeitige Beeinflussung der Neuregulin Signalübertragung durch Herceptin® führt zu stärkeren Schäden. Bleibt die Blockade aus ist es denkbar, dass mit Neuregulin Behandlung die Cardiomyocyten vor Stress geschützt werden können. Diese Hypothese soll zunächst im Labor getestet werden und dann bei Eignung in die Klinik eingeführt werden. Dazu ist es nötig viel mehr Information über den Signal Übertragungsmechnismus von Neuregulin in Herzzellen in Erfahrung zu bringen.

Die Projekte sind erst am 1.10.2002 unter diesem Titel angelaufen. Seit längerer Zeit waren bereits Vorstudien im Gang und haben einen soliden Grundstock an Resultaten und Erfahrungen ergeben. Studien mit kultivierten Cardiomyocyten haben gezeigt, dass embryonale und neonatale Cardiomyocyten verglichen mit adulten Ratten Cardiomyocyten sich verschieden verhalten. Die Myofibrillen in adulten Zellen sind empfindlich auf Doxorubicin Behandlung und die Myofibrillen werden fast vollständig abgebaut. Zugabe von Neuregulin zur Zellkultur schützt die Muskelzytoarchitektur vor vollständiger Zerstörung. Doxorubicin behandelte neonatale Rattencardiomyocyten sterben schon bei sehr niederen Dosen des Chemotherapeutikums und können auch durch Zugabe von Neuregulin nicht gerettet werden. Reduktion der Konzentration der Pharmaka zeigte, dass die neonatalen Zellen mit gut erhaltenen Myofibrillen überleben. Die Zugabe von Neuregulin hatte nicht denselben Schutzeffekt wie bei adulten Zellen. Die Beobachtung, dass neonatale und adulte Kardiomyocyten verschieden sensitiv sind, konnte bereits in früheren Studien nach Zugabe von Nocodazol, ein Zellteilungsgift, das Miktrotubuli zerstört, erhoben werden.
Im der Periode2004-Beginn 2005 wurden vom gut mit dem Projekt vertrauten Doktoranden Francesco Timolati grosse Fortschritte erziehlt, die in den unter aufgerführten Abschnitten näher vorgestellt werden. Es handelt sich dabei um zellphysiologische Akutexperimente (max. Dauer 24h) mit Ratten-Kardiomyozyen und die neuen Resultate lassen es zu einige Fragen beantworten zu können. Hat Doxorubicin eine unmittelbare Wirkung von auf ventrikulären adulten Ratten Kardiomyozyten (vARC)? Das Anthrazyklin Doxorubicin (Doxo) wurde in steigender Konzentration zu vARC zugegeben und die Kontraktilität sowie auch die Ca++ Aktvität an lebenden Zellen mikroskopisch erfasst. Bei niedrigen Doxo-Konzentration wurde sogar eine erhöhte Kontraktilität festgestellt, bei höheren Konzentrationen hingegen nahm das cytoplas-matische Ca++ stark zu, und die Ca++ Ueberlast führte zur Hyperkontraktur, Myofibrillendegeneration, und schliesslich zum Zelltod. Die Zellschäden induziert durch niedere Dosen von Doxorubicin sind reversibel.
Werden die Doxo-Schäden durch oxidativen Stress ausgelöst? Durch Zugabe des Antioxidans N-actetyl Cystein (NAC) konnte der Anthracyclin-induzierte Schaden stark reduziert und die Zellen am Leben gehalten werden. Dieses Resultat weist auf die Möglichkeit hin, dass mindestens ein Teil der Doxo-Schäden durch oxidativen Stress verursacht wird.
Welche Wirkung hat Neuregulin? Die Abschwächung der Doxo-induzierten Zellschäden durch Neuregulin-Behandlung weist auch auf eine partielle Neutralisierung der Anthracyclin-Schäden hin. Hingegen scheinen die Mechanismen von NAC und Neuregulin nicht identisch zu sein und zukünftige Untersuchungen müssen zeigen ob durch die Kombination beider Gegenmittel eine bessere Erhaltung der zellulären Funktion erreicht werden kann.

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Perriard, J.-C., Hirschy, A., and Ehler, E.: Dilated Cardiomyopathy: A disease of the Intercalated Disc? Trends Cardiovasc . Med. 13, 30-38 (2003)

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