dc.contributor.author
Sandow, Nora Franziska Alice
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:54:44Z
dc.date.available
2012-02-28T09:34:55.792Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3151
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7351
dc.description.abstract
Pharmakoresistenz ist in der Behandlung fokaler Epilepsien ein häufiges
Phänomen. Die genauen Mechanismen sind wenig verstanden und Gegenstand
aktueller Forschungsansätze. Es wird danach gefragt, ob die Wirkung der
Antikonvulsiva durch Veränderungen an ihren Zielstrukturen (Target-Hypothese)
herabgesetzt ist und ob ATP-abhängige Drug-Transporter an der Blut-Hirn-
Schranke bzw. im Hirnparenchym verhindern, dass sich Antikonvulsiva bis zu
einer therapeutisch wirksamen Konzentration im Gewebe anreichern (Transporter-
Hypothese). Epilepsie-chirurgisch entferntes, epileptogenes und
pharmakoresistentes Hirngewebe bietet die Möglichkeit, direkt in den
erkrankten Hirnregionen nach Faktoren der Pharmakoresistenz zu suchen. In
vorangegangenen Studien wurde gezeigt, dass in Gewebeschnitten aus
Hippokampus-Resektaten im Gyrus dentatus epileptiforme Aktivität ausgelöst
werden kann. Diese in-vitro-Aktivität ließ sich in Resektaten von Patienten,
die tumorbedingt nur kurze Zeit an Epilepsien litten, durch das
Antikonvulsivum Carbamazepin unterdrücken. Im Gegensatz dazu war die Aktivität
in 80 % der Resektate von Patienten mit langdauernder mesialer Temporallappen-
Epilepsie resistent gegenüber Carbamazepin. Da im angewandten Modell eine
antikonvulsive Behandlung des Gewebes unter Umgehung der Blut-Hirn-Schranke
gewährleistet war, ließ sich schlussfolgern, dass parenchymal lokalisierte
Mechanismen zur Pharmakoresistenz im Gyrus dentatus beitragen. In der
vorliegenden Arbeit sollte an Resektaten des vorderen Temporalpols (TP)
getestet werden ob a) in Gewebeschnitten des resezierten temporalen Kortex
stabile, epileptiforme Aktivität auslösbar ist, b) die induzierte Aktivität
auf die in der antiepileptischen Monotherapie erprobten Antikonvulsiva
Carbamazepin, Valproat und Phenytoin reagiert, c) die zusätzliche Hemmung der
ektop exprimierten Multidrug-Transporter Pgp und MRP mit Verapamil (VPM) und
Probenecid (PBN) die Pharmakoresistenz des Gewebes aufheben kann und d) sich
eigene Effekte der Multidrugtransport-Inhibitoren (MDTI) VPM und PBN auf die
epileptiforme Aktivität nachweisen lassen. Mit dem Hochkalium-Bicucullin-
Modell (Perfusion der Gewebeschnitte mit 8 mM [K+]- und 50 µM Bicucullin-ACSF)
kann in 85% von 166 Gewebeschnitten periodische epileptiforme Aktivität
induziert werden. Diese Aktivität ist durch eine Folge krampf-artiger oder
spike-artiger Ereignisse charakterisiert (121 bzw. 20 Gewebeschnitte), wird
durch AMPA-/Kainat-Rezeptoren vermittelt und bleibt ohne Gabe von Medikamenten
bis zu 80 Minuten stabil. In 37 Gewebeschnitten von Patienten mit klar
definierter Kortexpathologie ist die spike-artige Aktivität häufiger zu
beobachten (38%) als in 95 Gewebeschnitten von Patienten mit pathologisch
„unauffälligem“ Kortex (6%). Das Muster der krampf-artigen Aktivität wird
durch die Antikonvulsiva (AED) Carbamazepin (CBZ), Valproat (VPA) und
Phenytoin (PHT) überwiegend nicht verändert (81% von 76 Gewebeschnitten). Die
Multidrugtransporter-Inhibitoren (MDTI) Verapamil (VPM) und Probenecid (PBN)
bewirken in einem Teil der Gewebeschnitte eine Veränderung des Aktivitätstyps
(Übergang von krampf-artiger in spike-artige Aktivität, 31 % von 32
Gewebeschnitten). Auch bei Koapplikation mit einem Antikonvulsivum sind häufig
Veränderungen des Aktivitätstyps zu sehen (38% von 76 Gewebeschnitten), eine
Suppression der krampf-artigen Aktivität erfolgt nur selten (4%). Spike-artige
Aktivität wird häufiger unterdrückt als krampf-artige Aktivität, durch
Antikonvulsiva in 20% von 10 Gewebeschnitten (n.s.) und durch Koapplikation
von AED und MDTI in 33% von 30 Gewebeschnitten (p < 0.001). Zwischen den
Antikonvulsiva CBZ, VPA und PHT gibt es weder in der Phase ihrer alleinigen
Applikation noch in der Phase ihrer Koapplikation mit VPM und PBN deutliche
Unterschiede in der Wirkung. Bei der Auswertung aller Gewebeschnitte eines
Patienten sind teilweise heterogene Effekte der AED und der Koapplikation von
AED und MDTI zu beobachten (27% von 26 Patienten bei Gabe des AED, 42% von 31
Patienten bei Koapplikation von AED und MDTI). In unserem Modell zeigt sich
unter Umgehung der Blut-Hirn-Schranke in den meisten Fällen eine
Pharmakoresistenz gegenüber CBZ, VPA und PHT. Dies bestätigt die Annahme, dass
im Parenchym lokalisierte Mechanismen eine wesentliche Rolle spielen. Die MDTI
VPM und PBN verursachen Veränderungen des Musters der epileptiformen
Aktivität. Dabei ist zu berücksichtigen, dass VPM Kalzium-Kanäle blockiert und
neuroprotektiv wirken soll. Die Koapplikation eines Antikonvulsivums mit VPM
und PBN führt zu einer „Verstärkung“ von Effekten der Antikonvulsiva, eine
komplette Suppression kann jedoch nicht signifikant häufiger erreicht werden.
Anhand der vorliegenden Ergebnisse ist anzunehmen, dass auch das resezierte
Kortexgewebe von Patienten mit pharmakoresistenter Temporallappenepilepsie
„Träger der Pharmako-resistenz“ ist. Die bei mehreren Patienten festgestellte
Heterogenität der Behandlungseffekte in Gewebeschnitten eines Resektates
stellt eine „homogene Verteilung Pharmakoresistenz-vermittelnder Mechanismen“
im chronisch epileptischen Kortexgewebe in Frage.
de
dc.description.abstract
Pharmacoresistance is a common phenomenon in treatment of focal epilepsies.
Its mechanisms are poorly understood and a target of present investigations.
The question arose, whether changes in target conformation of antiepileptic
drugs (AED) may contribute to reduction in AED-efficacy (target-hypothesis).
Another working-hypothesis is the reduction of AED-concentration at their
place of action by ATP-dependent drug efflux pumps (MDT), located at the
blood-brain-barrier and/or in the brain parenchyma (transporter-hypothesis).
Previous studies showed that epileptiform activity can be induced in the
dentate gyrus of resected hippocampal tissue. Pharmakoresistance to
carbamazepine occurred in 80% of the tissue. In tissue from patients with only
a short period of epilepsy due to tumor, epileptiform activity became
suppressed. As the investigations were performed in a model of blood-brain-
barrier-deprived tissue one could conclude that mechanisms located in the
brain parenchyma may play a crucial role in pharmacoresistent epilepsy.
Resection of the anterior temporal pole, performed in patients suffering from
temporal lobe epilepsy offers the opportunity to perform in vitro studies of
human cortical tissue. In the present study, we wanted to test i) whether
stable epileptiform activity could be induced by ACSF with 8 mM [K+] and 50 µM
Bicuculline, ii) whether the induced epileptiform activity is resistant to the
antiepileptic drugs Carbamazepine (CBZ), Valproat (VPA) and Phenytoin (PHT),
which are frequently used in antiepileptic monotherapy, iii) whether
inhibition of the MDT Pgp and MRP by verapamil (VPM) and probenecid (PBN)
affect the induced epileptiform activity and iv) whether co-application of one
AED and both multidrug transport-inhibitors (MDTI) would reduce
pharmacoresistance. By elevation of extracellular [K+] and application of 50
µM bicuculline periodic epileptiform activity has been induced in 85% of 166
slices. Two pattern of activity occurred, seizure-like activity (SLE, 121
slices) or spike-like activity (IIS, 20 slices), both transmitted by AMPA
-/kainate-receptors. Without further drug application, the activity was stable
for a minimum of 80 minutes. In 37 slices of patients with a clear cortical
pathology spike-like-activity (IIS) was significantly more often observed
(38%) than in 95 slices of patients with discreet cortical pathology (6%).
Seizure-like activity was resistant to the AED CBZ, VPA or PHT in most of the
slices (81% of 76 slices). MDTI alone modified the type of activity in some
slices (transition of seizure-like activity to spike-like activity, 31% of 32
slices). Co-application of one AED with both MDTI also resulted in a
modification of the activity type (38% of 76 slices) but a complete
suppression of seizure-like events was very rarely achieved (4%). Spike-like-
activity (IIS) became more often suppressed than seizure-like-activity by one
AED (20% of 10 slices, n.s.) and by co-application of one AED and both MDTI
(33% of 30 slices, p < 0.001) There was no difference between CBZ, VPA, and
PHT with respect to their effects either when applied alone or together with
MDTI. In some patients, two or more slices of the resected tissue showed
heterogeneous results (26% of 26 patients for application of one AED, 42% of
31 patients for co-application of one AED and both MDTI). Our results obtained
in a model of blood-brain-barrier-deprived human cortical tissue revealed
pharmacoresistance of induced epileptiform activity to three major drugs (CBZ,
VPA, PHT) in most of the slices. This approves the theory that resistance-
mechanisms located in the brain parenchyma may play a crucial role. The MDTI
verapamil and probenecid applied in the absence of AED changed the pattern of
epileptiform activity from seizure-like to spike-like. Considering that
blockade of calcium channels and neuroprotection by VPM are known or in
discussion, additional experiments are necessary in order to explain the
effect. Co-application of one AED with both MDTI clearly enhanced the effects
of AED, but a complete suppression of induced epileptiform activity was not
often reached. Regarding the latest discussion about substrate specificity of
MDT, our results showed that there are no differences in substrate-specificy
of Pgp and MRP for CBZ, VPA or PHT. Our results suggest, that the resected
cortical tissue of patients with pharmacoresistant focal epilepsy „carries
mechanisms of pharmacoresistance“, but the heterogeneity of results in slices
of one patient question the homogeneous distribution of resistance-mechanisms
in the resected tissue.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
pharmacoresistance
dc.subject
multidrug-transporter
dc.subject
extracellular recordings
dc.subject
human brain slices
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Faktoren der Pharmakoresistenz
dc.contributor.contact
Nora.Sandow@charite.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. U. Heinemann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. A. Draguhn, Prof. Dr. rer. nat. T. Mittmann
dc.date.accepted
2012-02-24
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000036006-5
dc.title.subtitle
Untersuchungen in Gewebeschnitten des Temporalen Kortex von chronisch
epileptischen Patienten
dc.title.translated
Factors of pharmacoresistance
en
dc.title.translatedsubtitle
experiments in temporal cortex slices of patients suffering from chronic
epilepsy
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000036006
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010655
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open access