ABSTRACT Epilepsy is a common chronic brain disease that is characterized by increased neuronal excitability and that is associated with manifestation of at least one unprovoked epileptic seizure. The treatment of epilepsy focuses on anticonvulsant drugs. In many clinical trials, levetiracetam has proven to be an effective and relatively well-tolerated drug. The mechanism of action is based on binding to a ubiquitous integral vesicle protein, SV2A, located on presynaptic membranes. This protein plays an important role in the regulation of neurotransmitter release. The hippocampus and surrounding brain regions are known to have a particularly low threshold for the development of epileptic activity. In addition, this portion of the limbic system is critically involved in the development of refractory focal epilepsy. In the present work, the 4-aminopyridine-modell was chosen to induce seizure-like events in the combined in-vitro entorhinal cortex-hippocampus preparations of naïve rats. The aim of the present study was to evaluate the effects of levetiracetam on these experimentally induced seizure-like events using electrophysiological and optical measurement methods at defined timepoints and under specific conditions. The following results have been found: 1) Levetiracetam concentrations of 100 μM and 300 μM were both able to significantly reduce the seizure frequency in the intervention phase, with 300 μM levetiracetam also showing a significant reduction in frequency as compared to controls. 2) 300 μM levetiracetam significantly shortened the duration and field potential amplitude of seizure-like events. 3) 300 μM levetiracetam significantly reduced the spread of epileptiform activity and significantly reduced the size of the whole brain slice with seizure activity. 4) In addition, in the temporal cortex 300 μM levetiracetam resulted in a significant reduction of seizure spread. Based on these results, the following conclusions can be drawn: on the one hand, it could be shown that levetiracetam had a dose-dependent effect on several electrophysiological parameters. On the other hand, it has been shown that levetiracetam limits the spread of epileptiform activity and thus potentially prevents secondary generalization of seizures. In any case, using this method it would be interesting to conduct further investigations with other anticonvulsants in order to specifically compare certain properties of anticonvulsants with this model under standardized conditions. Finally, further investigations should be carried out on the hitherto little researched mechanisms of action such as modulation of vesicle protein SV2A in order to develop new anticonvulsants accordingly.
Epilepsie ist eine häufige chronische Erkrankung des Gehirns, die durch eine andauernde erhöhte neuronale Erregungsbereitschaft charakterisiert ist und mit der Manifestation von mindestens einem unprovozierten epileptischen Anfall einhergeht. Bei der Behandlung der Epilepsie stehen Antiepileptika im Mittelpunkt. Levetiracetam hat sich in vielen klinischen Studien und in langjähriger klinischer Erfahrung als wirksames und relativ gut verträgliches Medikament erwiesen. Der Wirkmechanismus beruht auf Bindung an ein ubiquitär vorkommendes integrales Vesikelprotein, SV2A, das sich auf präsynaptischen Membranen befindet. Dieses Protein spielt eine wichtige Rolle in der Regulation der Neurotransmitterfreisetzung. Der Hippocampus und die umliegenden Hirnregionen zeigen eine besonders niedrige Schwelle für die Entstehung epileptischer Aktivität. Außerdem ist dieser Teil des limbischen Systems an der Entstehung einer therapieresistenten Epilepsie entscheidend beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde als Modell das kombinierte entorhinaler Cortex-Hippocampus-Hirnschnitt-Präparat und 4-Aminopyridin als Chemokonvulsivum zur Induktion anfallsartiger Ereignisse gewählt. Das Ziel der vorliegenden Studie war, die Auswirkungen von Levetiracetam in verschiedenen Konzentrationen auf die anfallsartigen Ereignisse im 4-Aminopyridin-Modell in kombinierten entorhinaler Cortex-Hippocampus-Präparaten von naiven Ratten und die epileptischer Aktivität in vitro mittels elektrophysiologischer und optischer Messmethoden zu definierten Zeitpunkten und Bedingungen zu analysieren. Es haben sich die folgenden Ergebnisse ergeben: 1) Levetiracetam war sowohl in einer Konzentration von 100 μM als auch von 300 μM in der Lage, die Anfallsfrequenz in der Interventionsphase signifikant zu reduzieren. 300 μM Levetiracetam bewirkte auch im Vergleich zur Kontroll-Gruppe eine signifikante Reduktion der Anfallsfrequenz. 2) 300 μM Levetiracetam reduzierte signifikant die Dauer und die Feldpotenzial-Amplitude der anfallsartigen Ereignisse. 3) 300 μM Levetiracetam konnte die Ausbreitung der epileptiformen Aktivität eindämmen und die Ausbreitungsfläche epileptischer Aktivität im gesamten Hirnschnittpräparat reduzieren. 4) Zusätzlich wurde im temporalen Cortex eine signifikante Reduktion der regionalen Ausbreitung durch 300 μM Levetiracetam beobachtet. Anhand dieser Ergebnisse können die folgenden Schlüsse gezogen werden: Zum einen konnte nachgewiesen werden, dass Levetiracetam im in vitro-Modell eine dosisabhängige Wirkung auf mehrere Parameter wie Frequenz, Feldpotenzial-Amplitude und Dauer von anfallsartigen Ereignissen zeigte, was die Wirksamkeit der Substanz in der Klinik widerspiegelt. Zum anderen wurde gezeigt, dass Levetiracetam die Ausbreitung der epileptiformen Aktivität einschränkt; analog verhindert Levetiracetam bei Patienten mit Epilepsie häufig eine sekundäre Generalisierung fokaler Anfälle. Interessant wäre es, mit dieser Methode weitere Untersuchungen mit anderen Antiepileptika durchzuführen, um bestimmte Eigenschaften der Antiepileptika mit diesem Modell gezielt unter standardisierten Bedingungen zu vergleichen. Letztlich sollten weitere Untersuchungen über die bisher wenig erforschten Wirkmechanismen wie zum Beispiel die Modulation des Vesikelproteins SV2A erfolgen, um neue Antiepileptika zu entwickeln.
