Giardiasis ist eine durch den Endoparasiten Giardia duodenalis (G. duodenalis) verursachte Infektionskrankheit des gastrointestinalen Trakts, die sowohl asymptomatisch als auch symptomatisch verläuft und sich unbehandelt in chronischen oder rezidivierenden Infektionen manifestieren kann. Die Therapie erfolgt vorwiegend mit dem Nitroimidazol Metronidazol (MTZ). Ein hohe Rate an Therapieversagern und die weltweite Verbreitung der Erkrankung reflektieren die Notwendigkeit für alternative Behandlungsmöglichkeiten. Tetrahydrolipstatin (THL) findet aufgrund seiner inhibitorischen Wirkung auf gastrointestinale Lipasen weitverbreitete Anwendung in der Therapie der Adipositas und gilt als sicheres und nebenwirkungsarmes Arzneimittel. Die Evaluierung der antigiardialen Aktivität von THL war von großem Interesse, weil THL in einigen Untersuchungen bereits wachstumshemmende Effekte auf einzellige parasitäre Organismen zeigte und aufgrund seiner Pharmakokinetik den Vorteil einer in situ Bioverfügbarkeit mit sich bringt. In dieser Arbeit wurde das antigiardiale Potential von THL gegenüber der sich replizierenden Form von G. duodenalis, den Trophozoiten, in vitro untersucht. G. duodenalis weist eine hohe genetische Vielfalt auf und wird in verschiedene Assemblagen gruppiert, von denen zwei, Assemblage A und B, humanpathogen sind. Daher wurden sowohl Patientenisolate, als auch Referenzstämme dieser Assemblagen in die Beurteilung miteinbezogen. Mit Hilfe des Resazurin Assays konnten die antigiardialen Aktivitäten von THL und MTZ vergleichend bewertet werden. THL zeigte dabei eine potente und konzentrationsabhängige Inhibition der Trophozoitenreplikation, die unabhängig vom Genotyp beobachtet wurde und überwiegend effektiver war als die durch MTZ erzielte. THL führte in vitro zu einer irreversiblen Schädigung der Trophozoiten, die sich u.a. in einer erheblichen Beeinträchtigung der Morphologie äußerte. Mit zunehmender THL Konzentration zeigten Flagellen und dorsale Oberfläche in transmissions- und rasterelektronenmikroskopischen Analysen eine außergewöhnlich starke Blasenbildung. Zudem dokumentierte die für Lipide selektive Nilrotfärbung eine verminderte Lokalisierung der Lipide in der perinukleären Membran der Trophozoiten durch THL. Um zu überprüfen, ob THL einen Einfluss auf die Inkorporation von bevorzugt in der Zellmembran und Membran der Flagellen vorkommenden Phosphatidylcholine hat, wurde ein fluoreszenzmarkiertes Analogon eingesetzt. THL führte zu einer signifikant verringerten Aufnahme dieses Phosphatidylcholins. Diese Effekte deuten daraufhin, dass THL über eine Einflussnahme auf den Lipidstoffwechsel antigiardial wirksam ist. Auf der Suche nach möglichen Mechanismen für die beobachteten toxischen Effekte von THL auf die Trophozoiten war die Untersuchung hinsichtlich einer Lipase Aktivität und deren Inhibition durch THL ein weiterer Ansatz, da es u.a. Hinweise auf putative Lipasen in den Genomen der derzeit vollständig sequenzierten Giardia-Isolate gibt. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass Giardia-Trophozoiten die Fähigkeit zur Hydrolyse von Phospholipiden besitzt. Allerdings war eine Inhibition durch THL in vitro nicht zu verzeichnen. Zudem wurde unter Verwendung der Kombinationsindex-Methode nach CHOU and TALALAY (1984) die Interaktion von THL und MTZ charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass diese Kombination in vitro additive Effekte bewirkt.
Giardiasis is a prevalent gastrointestinal infection caused by the protozoan parasite Giardia duodenalis (G. duodenalis). In humans, giardiasis can be either asymptomatic or symptomatic, commonly with manifestations in chronic or relapsing infections if left untreated. The therapy is predominantly based on the treatment with the nitroimidazole Metronidazole (MTZ). However, a high rate of treatment failure and the fact that giardiasis is one of the most common parasitic infections of the human intestinal tract worldwide reflect the urgent need for alternative treatment options. Due to its inhibitory effect on gastrointestinal lipases, Tetrahydrolipstin (THL) is currently widely used as a medication in the treatment of obesity and is considered safe, with few side effects. The evaluation of the antigiardial activity of THL was of particularly high interest following some previous reports on its growth inhibiting effects on several protozoan parasites and its pharmacokinetic properties associated with favourable in situ bioavailability. In this study the antigiardial potential of THL against the trophozoites, the proliferating stage of G. duodenalis, was examined under in vitro conditions. G. duodenalis shows a high genetic variability and is grouped into different assemblages, of which two (the assemblages A and B) are pathogenic to humans. For this reason, isolates of patients as well as reference strains of these assemblages were considered in this study. The antigiardial activities of THL and MTZ were compared using the resazurin assay. THL showed a potent and concentration dependent inhibition of the trophozoites´ replication. This effect was independent of the genotype and was shown to be more effective compared with that of MTZ. THL produced an irreversible damage to the trophozoites under the experimental conditions, evident from dramatic effects on their morphology. Increasing THL concentrations lead to an extraordinary high membrane blebbing on flagella and dorsal surfaces in transmission and scanning electron microscopy analyses. Furthermore, the selective staining of lipids by nile red revealed a reduced accumulation of lipids in the perinuclear membrane of the trophozoites in the presence of THL. To verify whether THL affected the incorporation of phosphatidylcholines, which are primarily found in the cell membrane and membrane of the flagella, a fluorescently labelled analogue was used, demonstrating that THL significantly reduced the uptake of this phosphatidylcholine. These findings suggest that the antigiardial effects of THL are closely related to an influence on the lipid metabolism. Since there is strong evidence for the presence of putative lipases in the genomes of fully sequenced Giardia isolates, the examination of the activity of lipases and the inhibition of these enzymes by THL appeared reasonable. The results confirmed that Giardia trophozoites possess the capability to hydrolyse phospholipids. However, THL apparently failed to inhibit the activity of these enzymes under the in vitro conditions. With regard to reported promising applications of combining drugs and the increasing number of treatment failure in the therapy of giardiasis, the interaction of the combination of THL and MTZ was evaluated using the combination index method according to CHOU and TALALAY (1984). Interestingly, the results provided evidence for additive effects of this drug combination in vitro.
