Einleitung: In den letzten Jahren wurden zahlreiche neue Antikonvulsiva (antiepileptic drugs = AED) zugelassen. Ihre Anwendung nimmt durch eine hohe Wirksamkeit bei guter Verträglichkeit stetig zu. Diese Eigenschaften der neuen Substanzen wurden größtenteils durch in vivo Modelle detektiert. Hingegen kam den in vitro Modellen zum präklinischen Screening nur wenig Aufmerksamkeit zu. In vitro Modelle ermöglichen 1) weniger Leiden der Tiere durch ausschließlich postmortale Experimente und 2) eine größere N-Zahl durch die Nutzung von mehreren Hirnschnitten pro Tier. Ein etabliertes in vitro Modell ist das 4-Aminopyridin-Modell (4-AP-Modell), welches anfallsartige Ereignisse (AE) in Hirnschnitten der Ratte durch die chemische Substanz 4-AP induziert und als akutes Epilepsie-Modell bereits antiepileptische Effekte von Valproat und Carbamazepin nachweisen konnte. Bisher ist wenig über die Effekte neuartiger AED in diesem akuten in vitro Epilepsiemodell bekannt. In der Arbeit nutzten wir die kombinierte elektrophysiologische und intrinsisch optische Messung, um zwei neuartige Antikonvulsiva mit unterschiedlichen Wirkmechanismen, Lacosamid (LAC) und Zonisamid (ZNS), hinsichtlich ihrer Effekte auf die AE im 4-Aminopyridin in vitro Modell der Ratte zu untersuchen. Methodik: Epileptiforme Aktivität wurde in 400 µm dicken kombinierten entorhinal-hippocampalen Hirnschnitten von naiven Wistar Han Ratten mittels extrazellulärer Feldpotential-Aufnahmen und intrinsisch optischer Bildgebung erfasst und analysiert. ZNS und LAC wurden in je drei unterschiedlichen Konzentrationen untersucht. AE wurden mittels 4-Aminopyridin induziert, nach einer Stunde wurde eine stabile, rezidivierend auftretende Anfallsaktivität erzielt. Die Wirksamkeit der AED auf die AE wurde unter 60-minütiger Applikation der Substanzen untersucht. Anschließend folgte eine 60-minütige Wash out-Phase. Ergebnisse: LAC und ZNS zeigten konzentrationsabhängige Effekte auf die AE-Frequenz. Die höchsten Konzentrationen von LAC und ZNS führten zu einer vollständigen Blockade der AE. LAC führte zu einer Reduktion der hochfrequenten, tonischen Phase der AE und zu einer Reduktion der AE-Dauer in mittlerer Konzentration. Die AE-Amplitude wurde nicht beeinflusst. Der Ausbreitungsgrad und die Lichtdurchlässigkeit in Form der Transmissionsänderungen des Gewebes wurden signifikant durch LAC in mittlerer Konzentration im Subiculum beeinflusst. Alle Effekte waren im Wash out reversibel. Schlussfolgerung: Das akute Rattenschnittmodell in vitro mit 4-Aminopyridin bildete erfolgreich Effekte neuartiger Antikonvulsiva auf epileptiforme Aktivität in kombinierten elektrophysiologischen und intrinsisch optischen Messungen ab. Es zeigt sich als geeignetes in vitro Modell zum Screening neuer Antikonvulsiva mit unterschiedlichen Wirkmechanismen. Dieses Modell hat das Potential, perspektivisch die Anzahl an belastenden Tierexperimenten in vivo zu reduzieren.
Introduction: In the past decades, a plethora of new antiepileptic drugs (AED) was approved and licensed to the market. Their administration steadily increases due to the drugs’ high efficacy and good tolerability. The anticonvulsant properties of the new substances were largely detected by in vivo models. On the other hand, less attention was paid to the in vitro models for preclinical screening of AED. In vitro models allow 1) less suffering of the animals through exclusive post-mortem experiments and 2) a larger number by use of several brain slices per animal. An established in vitro model is the 4-aminopyridine-model (4-AP-model), which induces seizure-like events (AE) in brain tissue and which – as an acute seizure model – already had reproduced anticonvulsant effects of valproate and carbamazepine. So far, little is known about the effects of newer AED in this epilepsy model in vitro. In this work, we used combined electrophysiological and intrinsic optical measurements to investigate the effects on AE in the rat 4-aminopyridine model in vitro using two new-generation AED with different mechanisms of action, lacosamide (LAC) and zonisamide (ZNS). Method: Epileptiform activity was recorded and analyzed in 400 μm thick combined entorhinal-hippocampal brain slices of naive Wistar Han rats using extracellular field potential imaging and intrinsic optical imaging. ZNS and LAC were examined in three different concentrations each. AE were induced by 4-aminopyridine. After one hour, stable recurrent seizure activity was reached and the drug was added for a further 60 minutes and tested for its effect on the AE. This was followed by a 60-minute wash out-phase. Results: LAC and ZNS showed concentration-dependent effects on frequency of the AE. The highest concentrations of LAC and ZNS resulted in complete blockade of AE. LAC led to a reduction of the high-frequency, tonic phase of AE, and led to a reduction of the AE-duration at medium concentration. The AE-amplitude was not affected. The area of AE and translucency in terms of tissue transmission changes were significantly affected by LAC at medium concentration in the subiculum. All effects were reversible during wash out. Conclusion: The 4-AP model in vitro successfully demonstrated the effects of newer anticonvulsants on epileptiform activity in combined electrophysiological and intrinsic optical measurements. It is a suitable in vitro model for the screening of new anticonvulsants with different mechanisms of action, which perspectively has the potential to reduce the number of burdening animal experiments in vivo.
