Pharmakologische Präkonditionierung: Experimentelle Untersuchungen zur endogenen Toleranz gegen Sauerstoff-Glukose- Entzug in einer neuronalen Zellkultur

Abstract

Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache und die häufigste Ursache einer dauerhaften Behinderung in der westlichen Welt mit einer daraus folgenden immensen sozioökonomischen Bedeutung. In einem in vitro Modell der zerebralen Ischämie, der durch einen kombinierten Sauerstoff-Glukose-Entzug (OGD) an einer neuronenangereicherten primären Zellkultur aus Rattenneuronen simuliert wurde, konnte durch hypoxische Präkonditionierung oder Vorbehandlung mit 3-Nitropropionsäure, Eisenascorbat und sperminem NO-Komplex eine endogene Protektion der Neurone gegenüber einer potentiell letalen OGD erzeugt werden. Als Mechanismen dieser Toleranzinduktion konnten freie Radikale sowie mindestens ein weiterer davon unabhängiger Signaltransduktionsweg nachgewiesen werden. Darüber hinaus konnte durch eine Zugabe von Flupirtin, einem Nichtopioid-Analgetikum für welches antioxidative Eigenschaften beschrieben wurden, während einer OGD deren letaler Effekt signifikant vermindert werden. Wurde Flupirtin zeitgleich mit einer hypoxischen Präkonditionierung appliziert, potenzierte sich deren Toleranzinduktion, ohne dass für Flupirtin allein ein solcher Effekt nachweisbar gewesen wäre. Damit konnten einerseits die Mechanismen der endogenen Hypoxie-toleranzentwicklung an Neuronen weiter analysiert werden und andererseits mit Flupirtin eine Substanz identifiziert werden, deren Potenz in der Behandlung akuter ischämischer Insulte vielversprechend ist und durch in vivo Experimente weiter untersucht werden sollte.

Ischemic stroke is the third leading cause of death in the western world leading to major postinfarct incapabilities and cognitive deficits. To investigate the induction of endogenous neuronal tolerance against ischemic injury we used an in vitro model of combined oxygen-glucose-deprivation (OGD) in a primary cell culture of rat neurons. Tolerance against potentially lethal OGD could be induced either by short-term hypoxic preconditioning or chemically by 3-nitropropionic acid, ironascorbate and spermine NO complex. Reactive oxygen species and free radicals could be determined as mediator of tolerance induction and evidence of at least one additional signal transmission pathway was found. Furthermore, addition of flupirtine, a nonopioid analgetic drug, during short-term hypoxic preconditioning lead to an increase in tolerance induction. Administered alone, flupirtine did not show any tolerance-inducing properties. In this work we were able to prove and further analyze mechanisms of endogenous neuronal tolerance induction. In addition, with flupirtine a substance was identified which has potential impact on the treatment of acute ischemic stroke and is a promising agent for further investigation in in vivo experiments.