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Vergleich der zellulären Pharmakokinetik und Pharmakodynamik von Bortezomib in primären Myelomzellen, mesenchymalen Stromazellen und Osteoblasten, sowie Einfluss von Kombinationsregimen auf die Anreicherung und Wirksamkeit von Bortezomib in Zelllinien des Multiplen Myeloms

Rötschke, Julia

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Abstract

Um Frakturen osteolytischer Läsionen zu heilen und verbleibende maligne Plasmazellen zu eradizieren, könnten Bortezomib-freisetzende Knochenersatzmaterialien bei Patienten mit Multiplem Myelom eine innovative Therapieoption darstellen. Unter lokaler Freisetzung geeigneter Konzentrationen sollte der Proteasomeninhibitor Bortezomib auf Multiple Myelomzellen apoptotisch wirken, gleichzeitig aber Osteoblasten stimulieren und die Osteoklastenaktivität hemmen. In Anbetracht zellulärer Sensitivitätsunterschiede gegenüber diesem Wirkstoff müssen zur Sicherstellung der Wirksamkeit und Unbedenklichkeit dieser Darreichungsform die optimalen Freisetzungskonzentrationen bestimmt werden. Ob diese Sensitivitätsunterschiede auf eine unterschiedliche zelluläre Pharmakokinetik oder Pharmakodynamik von Bortezomib zurückzuführen sind, ist bisher unbekannt. Auch ist bislang ungeklärt ist, worauf die in vivo beschriebene Überlegenheit Bortezomib-haltiger Kombinationstherapien mit klassischen Zytostatika und Glukokortikoiden beruhen. Erneut kommen sowohl pharmakodynamische Synergien, als auch eine veränderte zelluläre Bortezomibkinetik in Frage.

Die vorliegende Arbeit verfolgte daher drei prinzipielle Ziele: (1) Mit Hilfe einer für die zu untersuchenden Zellen neu etablierten und hinsichtlich des Extraktionsverfahrens optimierten massenspektrometrischen Methode sollten erstmals die Zusammenhänge zwischen zellulärer Bortezomibkinetik, Dynamik am Proteasom und den Zusammenhängen mit der Zellviabilität in Abhängigkeit von der Konzentration und Expositionszeit in den verschiedenen Zelltypen, beschrieben werden. Zudem sollten die Expressionsmuster der katalytisch aktiven Proteasomenuntereinheiten mit der Sensitivität gegenüber Bortezomib in malignen Plasmazellen, mesenchymalen Stromazellen (mesenchymal stroma cells, MSC) und Osteoblasten eines Kollektivs aus gesunden Probanden und Patienten korreliert werden. (2) In klinischem Kontext sollte zudem untersucht werden, ob die Expressionshöhe der katalytischen Proteasomenuntereinheiten als prognostischer Marker für das ereignisfreie Überleben und des Gesamtüberlebens von Patienten mit Multiplem Myelom geeignet ist. (3) Ferner galt es zu evaluieren, ob die zeitgleiche Anwendung von Bortezomib mit typischen Kombinationspartnern (Doxorubicin und Dexamethason (PAd) oder Melphalan und Prednisolon (VMP) zu einer höheren Anreicherung und Wirksamkeit von Bortezomib in Multiplen Myelomzellen in vitro führt. Neben den bereits etablierten Wirkstoffkombinationen wurde auch erstmalig geprüft, ob die Antagonisierung des Endothelien-Signalweges in Zelllinien des Multiplen Myeloms mittels Bosentan die intrazelluläre Konzentration, die Proteasomeninhibitor oder die antiproliferative Wirksamkeit von Bortezomib beeinflusst.

Ausgehend von diesen drei primären Zielen, lassen sich die Ergebnisse wie folgt zusammenfassen: (1) Es wurde erstmalig eine deutlich unterschiedliche Akkumulation von Bortezomib (bei 5 nM Exposition) in den untersuchten Zelltypen belegt. Bortezomib zeigt zwar klinisch eine besonders hohe Wirksamkeit gegenüber malignen Myelomzellen, dieser Effekt lässt sich jedoch anhand der vorliegenden Daten nicht auf eine höhere Bortezomibakkumulation in diesen Zellen zurückführen. Da sich auch die Hemmpotenzen an den katalytischen Proteasomenuntereinheiten nicht relevant zwischen den verschiedenen Zellarten unterschieden, müssen weitere Wirkmechanismen zur selektiven Wirkung von Bortezomib auf Myelomzellen beitragen. Interessanterweise gab es keine Unterschiede hinsichtlich der zellulären Pharmakokinetik oder Pharmakodynamik zwischen MSC bzw. Osteoblasten gesunder Probanden und Multiplem Myelompatienten. Dies lässt den Rückschluss zu, dass der Einfluss der Myelomzellen auf die Zellen der Knochenmark-Mikroumgebung keinen Einfluss auf die intrazelluläre Kinetik oder Dynamik von Bortezomib hat. (2) Im Rahmen der Prüfung eines möglichen prädiktiven oder prognostischen Wertes der Expressionshöhen konnte gezeigt werden, dass die Expression der chymotrypsin-, trypsin- und caspase-like Untereinheiten (konstitutives und Immun-Proteasom in malignen und gesunden Plasmazellen, Knochenmark-Mikroumgebung) die antiproliferative Wirkung von Bortezomib oder das ereignisfreie Überleben bzw. Gesamtüberleben nicht bestimmen. (3) Die verstärkte Wirksamkeit von Bortezomib innerhalb von Kombinationstherapieregimen (PAd oder VMP) beruht nicht auf einer verbesserten zellulären Bortezomibaufnahme, sondern eher auf einer indirekten Beeinflussung der proteasomalen Hemmpotenz von Bortezomib, obwohl sich dieser pharmakodynamische Kombinationseffekt experimentell nicht in einer verbesserten antiproliferativen Wirkung wiederspiegelte. Gleichzeitig konnte eindeutig belegt werden, dass auch Bosentan nicht zu einer veränderten zellulären Pharmakokinetik oder Pharmakodynamik von Bortezomib in Zelllinien des Multiplen Myeloms führt.

Zusammengefasst lässt sich festhalten, dass durch eine lokale und kurzzeitige (bis zu 48 h) Freisetzung geringer Bortezomibkonzentrationen (5 nM) durch ein Knochenersatzmaterial eine selektive antiproliferative Wirkung gegenüber malignen Multiplen Myelomzellen erreicht wird. Diese gezielte Wirksamkeit beruht jedoch weder auf einer außergewöhnlichen zellulären Kinetik oder Dynamik am Proteasom, noch auf einer bestimmten Expressionshöhe der katalytischen Untereinheiten. Bei hingegen verlängerten Expositionszeiten (5 Tage) ist mit Viabilitätseinbußen bei MSC zu rechnen. Die Daten der vorliegenden Studie weisen außerdem darauf hin, dass der synergistische antiproliferative Effekt von Wirkstoffkombinationen gegenüber der alleinigen Therapie mit Bortezomib ebenfalls nicht auf eine veränderte Bortezomibkinetik bzw. Pharmakodynamik am target zurückzuführen ist.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Haefeli, Prof. Dr. Walter Emil
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 11 April 2019
Date Deposited: 26 Apr 2019 09:23
Date: 2019
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Institute of Pharmacy and Molecular Biotechnology
Subjects: 610 Medical sciences Medicine
Controlled Keywords: Bortezomib, Osteoblast
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