Hochsulfatierte Makromoleküle in Diagnostik und Therapie der rheumatoiden Arthritis

Abstract

Zusammenfassung Einleitung: Die frühestmögliche Diagnostik und Therapie der rheumatoiden Arthritis (RA) ist als maßgeblich für ein ideales Outcome der betroffenen Patienten anerkannt. Hierfür ist die Entwicklung neuer bildgebender Methoden und krankheitsspezifischer Medikamente notwendig. Dendritisches Polyglycerolsulfat (dPGS) und dendritisches Polyestersulfat (dPES) sind vollsynthetische, hochsulfatierte Makromoleküle, die unter anderem durch Hemmung der Leukozytenimmigration eine antiinflammatorische Wirkung entfalten. Im Gegensatz zu dPGS besitzt dPES zahlreiche Esterguppen, die eine verbesserte Metabolisierung ermöglichen könnten. Die vorliegende Arbeit untersucht das diagnostische und therapeutische Potenzial der Moleküle bei RA. Methodik: Für in vivo-Untersuchungen wurde das Modell der Kollagen- induzierten-Arthritis (CIA) an Ratten verwendet. Zur diagnostischen Darstellung der inflammatorischen Gelenkprozesse wurde nach intravenöser Injektion von an Indocyaningrün (ICG) gekoppeltem dPGS und dPES über 24 Stunden ein Nahinfrarotfluoreszenz-Imaging (NIR-FOI) durchgeführt. Zur Untersuchung der therapeutischen Wirksamkeit bei CIA erfolgte die subcutane Applikation von dPGS und dPES über acht bis fünfzehn Tage und eine Quantifizierung der Symptomschwere durch die Erhebung eines Rheumascores. Der Grad der Inflammationsausprägung im Gelenk wurde weiterhin durch Pappenheimfärbung und Auszählung der Leukozyten in Synovialflüssigkeitsausstrichen erfasst. Zur Analyse der Pharmakokinetik von dPGS und dPES wurde anhand von Gewebeschnitten innerer Organe mittels Alcianblaufärbung die Menge an dPGS und dPES qualitativ und semiquantitativ in Alcianblau/mm² Schnittgröße, bzw. DNA-Gehalt pro Schnitt bestimmt. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass 1\. dPGS-ICG in der NIR-FOI ein zweifach stärkeres Signal in Gelenken mit subklinischer Inflammation gegenüber Gelenken gesunder Tiere erzeugt (p≤0,001), 2\. dPGS-ICG und dPES-ICG eine signifikante Unterscheidung zwischen Gruppen mit hoher und niedriger Entzündungsaktivität ermöglichen, 3\. die therapeutische Anwendung von dPGS und dPES eine hochsignifikante Reduktion der klinischen Symptomatik bewirkt, 4\. in Synovialflüssigkeitsausstrichen von mit dPGS und dPES behandelten Tieren die Zahl der Inflammationszellen signifikant unter der von nicht therapierten Ratten liegt, 5\. dPGS und dPES nach therapeutischer Anwendung vor allem in Leber, Milz und Niere nachweisbar sind. Imaging und Quantifizierung ergaben Hinweise darauf, dass dPES einer schnelleren Metabolisierung unterliegt. Schlussfolgerung: In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass dPGS- und dPES-ICG eine Detektion von Arthritis selbst in frühen Stadien ermöglichen. DPGS und dPES sind zudem hochwirksam in der Therapie der CIA. Sie stellen folglich eine vielversprechende neue Wirkstoffgruppe dar, deren Nutzen und pharmakologische Eigenschaften weiter untersucht werden sollten, um die diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten für Patienten mit RA in Zukunft weiter optimieren zu können.

Abstract Introduction: Early diagnosis and treatment of rheumatoid arthritis (RA) is one of the most important aspects to create an optimal outcome for patients. Therefore, evaluation and development of new imaging techniques and specific drugs are necessary. Dendritic Polyglycerol Sulfate (dPGS) and Dendritic Polyester Sulfate (dPES) are fully synthetic, polysulfated macromolecules with anti-inflammatory effects inhibiting immigration of leucocytes. Unlike dPGS, the basic structure of dPES consists of ester groups that could allow an improved metabolisation. This thesis examines the potential of these molecules in diagnosis and therapy of arthritis. Methods: Collagen-induced arthritis (CIA) in rats was used for in vivo experiments. To display the inflammatory process in joints, near-infrared fluorescence optical imaging (NIR-FOI) was executed for 24 hours after intravenous injection of Indocyanine green (ICG) conjugated to dPGS and dPES. To examine the therapeutic effect of dPGS and dPES in CIA, the substances were administered subcutaneously for eight to fifteen days. Intensity of symptoms was subsequently quantified by using an arthritisscore. The degree of inflammation was determined by Pappenheim staining of smears of synovial fluid and counting of leucocytes. For analysis of pharmacokinetic properties of dPGS and dPES, the level of substances after treatment were qualitatively determined in tissue sections of inner organs via alcian blue staining. Semi quantitative analysis was performed in a similar way and measured in alcian blue/mm² size of the section or in alcian blue/DNA amount per section. Results: It could be shown that 1\. the signal induced by dPGS-ICG in NIR-FOI of joints with subclinical inflammation is twice as high than in joints of healthy subjects (p≤0,001), 2\. dPGS-ICG and dPES-ICG allow significant discrimination between groups with heavy activity of arthritis and those with low activity of arthritis, 3\. the therapeutic use of dPGS and dPES results in highly significant reduction of clinical symptoms, 4\. dPGS and dPES are found mainly in the liver, spleen and kidney after therapeutic use. Imaging and quantification results raise the hypothesis that dPES may be subject to a higher metabolisation rate than dPGS. Conclusion: For the first time, this study was able to show that dPGS- and dPES-ICG allow the detection of arthritis even in a very early stage. Furthermore, dPGS and dPES are highly effective therapeutic drugs in CIA rats. Consequently, they provide a promising new drug class. Regarding their therapeutic value and pharmacological characteristics they should be further examined to allow improvement of diagnosis and therapy in patients with RA.