Organbadversuche an humanen Pulmonalgefäßen: Beurteilung der Medikamentenwirkung zur Behandlung der pulmonalarteriellen Hypertonie

Zusammenfassung

In der Therapie der pulmonalarteriellen Hypertonie (PAH) kommen zahlreiche Medikamentenklassen zum Einsatz, u. a. Endothelinrezeptorantagonisten (ERA) und Phosphodiesterase-5-(PDE-5-)Inhibitoren. In einem humanen Ex-vivo-Modell sollte überprüft werden, ob durch die Kombination zweier Substanzklassen ein höherer Effekt erzielt werden kann oder – bei gleichem Effekt – eine niedrigere Dosierung der Einzelsubstanzen ausreicht. Wir etablierten ein Organbadmodell, welches uns die In-vitro-Untersuchung der dosisabhängigen Effekte von ERA und PDE-5-Inhibitoren auf die durch Norepinephrin und Endothelin-1 induzierte Kontraktilität humaner Pulmonalgefäße sowie den Vergleich von Mono- und Dualtherapie ermöglichte. Auch wenn die Übertragung der Ex-vivo-Daten auf die Situation im Patienten mit Vorsicht erfolgen muss, so hat sich das Organbad dennoch als hilfreiches Instrument zur Evaluation der dosisabhängigen Effekte von ERA, PDE-5-Inhibitoren und deren Kombination erwiesen. Die Wirksamkeit der Kombinationstherapie und das Potenzial zur Dosisreduktion waren in diesem Modell abhängig von den verwendeten Konzentrationen und vom Einfluss der Vorerkrankungen auf die Blutgefäßfunktion. Diese Arbeit beschreibt die bisherigen und wichtigsten Ergebnisse unserer experimentellen Untersuchungen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Projekte.

Abstract

Various vasodilator medications are used in the treatment of pulmonary arterial hypertension (PAH), such as endothelin receptor antagonists (ERA) or phosphodiesterase-5-(PDE-5-)inhibitors. In a human ex vivo model, we investigated whether the combination of two substance classes could achieve a higher effect or – without loss of vasodilatation – a lower dosage of the individual substances might be sufficient. We established an ex vivo organ bath model to evaluate the dose-dependent effects of ERA and PDE-5-inhibitors on pulmonary vessels harvested from patients who underwent surgery (lung resection/transplantation). We compared the combined use of both substance classes with administration of one class of drugs alone. Due to the limitations of the experimental design, it is not possible to extrapolate our results to the conditions in vivo. Nevertheless, organ bath proved to be helpful in evaluating the dose-dependent effects of ERA and PDE-5 inhibitors, which is not practical in everyday clinical practice. In this setting, the effectiveness of the combination therapy and the potential for dose reduction depended on the concentrations used and on the influence of previous illnesses on blood vessel function. This article describes the most important results of our experimental investigations and suggestions for future projects.

Hintergrund

Die pulmonale Hypertonie (PH) ist charakterisiert durch einen übermäßigen Blutdruckanstieg im Lungenkreislauf und eine in der Folge vermehrte rechtsventrikuläre Belastung. Während die idiopathische pulmonalarterielle Hypertonie (PAH) vergleichsweise selten auftritt, zeigt sich die PH meist als bedeutende Komorbidität kardialer, pulmonaler oder systemischer Grunderkrankungen, welche die Prognose gravierend verschlechtert [1]. Unbehandelt führen PH/PAH auf Dauer durch den vaskulären Umbau mit Intima- und Mediaproliferation zu einer Konsolidierung der erhöhten Druckverhältnisse. Die Folge ist eine progrediente Kreislaufdysregulation mit konsekutivem Rechtsherzversagen [2]. Abhängig vom Ausmaß der Druckerhöhung werden die 5-Jahres-Überlebensraten zwischen 49 und 58 % angegeben, die mediane Überlebensdauer nach Diagnosestellung liegt bei zweieinhalb Jahren [3] [4].

Neben der Behandlung der Grunderkrankung (z. B. COPD, Linksherzinsuffizienz) spielen insbesondere in den höheren Stadien der pulmonalen Hypertonie vasodilatatorisch wirksame Medikamente wie Phosphodiesterase-5-(PDE-5-)Inhibitoren, Endothelinrezeptorantagonisten (ERA) oder Prostacyclinderivate eine Rolle [5]. Aufgrund der ausgeprägten Nebenwirkungen sowie der Notwendigkeit der intravenösen Applikation war die Anwendung der Prostacycline häufig mit Komplikationen wie Infektionen, Thrombosen oder Embolien verbunden [6]. Die Zulassung oral verfügbarer Therapeutika erweiterte und vereinfachte die Behandlung der pulmonalen Hypertonie deutlich und eröffnete zudem die Möglichkeit der kombinierten Gabe von zwei oder mehr Medikamenten unterschiedlicher Wirkmechanismen. Ziel der Kombinationstherapie war neben einer Steigerung des vasorelaxierenden Effektes auch eine Senkung des Risikos unerwünschter Nebenwirkungen oder eines Wirkungsverlustes durch Toleranzentwicklung ([Abb. 1]) [7]. Trotz weitläufiger Verbreitung dieser Therapiestrategie in der heutigen Zeit bleibt die bislang geleistete medikamentöse Grundlagenforschung zur Mehrfachtherapie der pulmonalen Hypertonie überschaubar. Der heutige Kenntnisstand beruht im Wesentlichen auf randomisierten klinischen Studien sowie experimenteller Forschung am Tiermodell [8] [9] [10] [11] [12], während Untersuchungen an humanen Pulmonalgefäßen bislang eine Seltenheit darstellen.

Abb. 1 Problemfelder der Kombinationstherapie der PAH.

Die vorliegende Arbeit fasst die bislang publizierten experimentellen Studien eines etablierten Organbadmodells unserer Arbeitsgruppe zusammen. Ziel der im Folgenden beschriebenen Versuchsreihen war es, anhand des etablierten Organbadverfahrens die Effektivität der simultanen Inhibierung zweier für die Pathophysiologie der pulmonalarteriellen Hypertonie relevanter Signalwege in einem humanen Ex-vivo-Modell zu veranschaulichen. Des Weiteren wurden die Vorteile dieser Kombinationstherapie gegenüber der Monotherapie sowie die erforderlichen Dosierungen der verwendeten Medikamente ermittelt.

Material und Methoden

Pulmonalgefäße

Physiologische Lungengefäße stammten von Patienten, die sich aufgrund von Tumorerkrankungen entweder an den Universitätskliniken Regensburg (UKR) oder Ulm bzw. dem Krankenhaus Barmherzige Brüder Regensburg einer anatomischen Lungenresektion (Lobektomie, Segmentresektion, Pneumektomie) unterzogen hatten. Pathologisch veränderte Pulmonalgefäße wurden im Rahmen von Lungentransplantationen (Einzel- oder Doppeltransplantation) am Universitätsklinikum München Großhadern den respiratorisch insuffizienten Empfängerlungen entnommen. Innerhalb von Regensburg und Ulm erfolgte der Transport des entnommenen Gewebes zum jeweiligen herz-/thoraxchirurgischen Forschungslabor umgehend und bei Lagerung in heparinisiertem Eigenblut des Patienten. Der Transfer pathologisch veränderter Pulmonalgefäße von München nach Regensburg erfolgte unter Kühlung auf 4° C mit HEPES-gepuffertem DMEM als Transportlösung. Die Organbadversuche wurden spätestens 18 Stunden nach Entnahme der Gefäßproben begonnen [13] [14] [15].

Vor Studienbeginn waren die jeweiligen Ethikanträge durch die zuständigen Kommissionen in München, Ulm und Regensburg akzeptiert worden. Die schriftliche Einwilligung der Patienten in die Studienteilnahme war erforderlich. Als Ausschlusskriterien galten ein Patientenalter von unter 18 Jahren, das Vorliegen von Infektionskrankheiten (HIV/Hepatitis), Tumorinfiltration der Pulmonalgefäße sowie eine präoperative Radio-/Chemotherapie. Der Einschluss der Patienten erfolgte von 2011–2019.

Organbadmodell

Vor Versuchsbeginn wurden die präparierten Pulmonalgefäße in ringförmige Segmente von 2 mm Breite zerteilt und im Organbad montiert ([Abb. 2]). Für die Dauer der Versuche wurden die Ringsegmente unter kontinuierlicher Carbogenbegasung (95 % O₂/5 % CO₂) und Erwärmung auf 37° C in eine Krebs-Henseleit-gepufferte Arbeitslösung inkubiert. Bei einem pH-Wert von 7,4 sollten hierdurch die physiologischen Verhältnisse in vivo simuliert werden. Mithilfe eines Signalwandlers sowie der Software Bemon konnten die durch Zugabe von Vasokonstriktoren und -dilatoren entstehenden Kontraktionskräfte im Sinne einer isometrischen Messung dargestellt werden. Initial wurden die Gefäßproben auf einen stabilen Ruhetonus von 16 mN (Pulmonalarterien) bzw. 12 mN (Pulmonalvenen) eingestellt. Es erfolgte die Ermittlung der maximalen Kontraktionskraft durch Zugabe von 150 mM KCl. Dies ermöglichte zur besseren Vergleichbarkeit der Resultate eine Normierung der Endothelin-1-  oder Noradrenalin-vermittelten Vasokonstriktion (in % der Kraft nach Gabe von 150 mM KCl). Der Versuchsaufbau ermöglichte eine zeitgleiche Untersuchung von 8 Gefäßsegmenten. Jeweils 2 Segmente wurden identisch vorbehandelt, sodass sich insgesamt vier Substanzgruppen ergaben: eine unbehandelte Kontrollgruppe, ERA sowie PDE-5-Inhibitor in Monotherapie und eine Kombinationsgruppe, welche mit beiden Medikamenten vorinkubiert wurde. Im Anschluss an die jeweilige Vorbehandlung erfolgte schließlich die Zugabe von Endothelin-1 (1E-11 M–1E-8 M) und Noradrenalin (1E-8 M–1E-5 M) in ansteigender Konzentration ([Abb. 3]). Alternativ wurden bei jeweils 4 Pulmonalarterien- und -venen-Segmenten eines Patienten unterschiedliche Konzentrationen eines ERA oder PDE-5-Inhibitors zur Dosisfindung untersucht.

Abb. 2 Organbad-Schema.

Abb. 3 Organbad-Aufbau im Forschungslabor der Abteilung für Herz-/Thoraxchirurgie am UKR (links). Nahaufnahme eines präparierten PA-Segments im Organbad (rechts).

Substanzen

Noradrenalin (NE) stammte von der Firma Aventis (Frankfurt/Main), während Endothelin (ET-1) von Alexis (Läufelfingen, Schweiz) bezogen wurde. Bosentan wurde von der Firma Actelion Pharmaceuticals (Allschwil, Schweiz) zur Verfügung gestellt. Macitentan und dessen Metabolit ACT-132577 stammten von Actelion Pharmaceuticals Deutschland (Freiburg i. Br.). Der Bezug von Sildenafil erfolgte über die Firma Sigma (Taufkirchen), Vardenafil wurde von der Firma Chemos (Regenstauf) und Tadalafil von Biozol (Eching) bezogen. Alle weiteren Substanzen (Reinheitsgrad p. a. oder höher) stammten ebenfalls von Sigma (Taufkirchen) oder VWR (Darmstadt).

Statistische Analyse

Die Messung der kontraktilen Reaktion der Pulmonalgefäße in mN erfolgte ausgehend vom Basaltonus. Die Ergebnisse wurden zur besseren interindividuellen Vergleichbarkeit auf die durch Zugabe von 150 mM KCl hervorgerufene maximale Kontraktion normiert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mixed-Model-Analyse, wobei die unterschiedlichen Therapien sowie die jeweiligen Konzentrationen der Vasokonstriktoren Endothelin-1 und Noradrenalin als unabhängige Faktoren dienten. Paarweise Vergleiche wurden mittels Tukey’s post-Test ausgewertet. Wahrscheinlichkeiten mit p < 0,05 wurden als signifikant erachtet.

Überblick über die bisherigen Studien

Kombinationstherapie der pulmonalarteriellen Hypertonie mit Sildenafil und Bosentan

In der ersten Publikation wurde die Methodik des Organbads für die Evaluation der medikamentösen PAH-Kombinationstherapie etabliert. Es wurde der Effekt einer Kombinationstherapie aus ERA und PDE-5-Inhibitoren mit der jeweiligen Monotherapie mit einem der beiden Medikamente verglichen [16]. Aufgrund ihrer klinischen Relevanz in der Behandlung der pulmonalarteriellen Hypertonie fiel die Wahl der zu untersuchenden Pharmaka auf Sildenafil (PDE-5-Inhibitor) und Bosentan (ERA). Insgesamt wurden hierfür Pulmonalarterien (PA) und -venen (PV) von 51 Patienten untersucht. Weder Sildenafil in der Dosierung 1E-5 M noch Bosentan (1E-7 M) beeinflussten den Basaltonus der Pulmonalarterien oder -venen nennenswert. Somit konnten unspezifische Substanzeffekte ausgeschlossen werden. Während Sildenafil einen deutlichen antagonisierenden Effekt auf die Noradrenalin-vermittelte Vasokonstriktion beider Gefäßtypen vermitteln konnte, zeigte sich umgekehrt bei Bosentan eine signifikante Inhibierung der durch Endothelin-1 hervorgerufenen Kontraktion. Hierbei erwies sich die Kombinationstherapie in Gegenwart beider Vasokonstriktoren als signifikant überlegen gegenüber der Kontrollgruppe sowie beiden Medikamenten in Monotherapie. Die isolierte Betrachtung der Endothelin-1-vermittelten Kontraktionskurve zeigte keinen Vorteil der Dualtherapie gegenüber Bosentan allein, wohl aber gegenüber Sildenafil ([Abb. 4]) [16].

Abb. 4 Auf eine submaximale Kontraktionsreihe mittels ET-1 folgte die maximale Kontraktion unter Zuhiflenahme von NE. Die Kombination von Sildenafil und Bosentan erbrachte eine signifikant stärkere Inhibition der Vasokonstriktion verglichen mit den beiden Monotherapien (modifiziert nach [16]).

Vergleichende Analyse von drei PDE-5-Inhibitoren

Die nachfolgende Studie verglich die Potenz der beiden PDE-5-Inhibitoren Tadalafil und Vardenafil bez. der Hemmung der Noradrenalin-induzierten Kontraktion mit dem bereits im Rahmen der ersten Versuchsreihe untersuchten Sildenafil [14]. Die Vergleichsstudie wurde anhand der Pulmonalarterien und -venen von 43 Patienten durchgeführt. Keiner der drei PDE-5-Inhibitoren zeigte einen signifikanten Einfluss auf den Basaltonus der Pulmonalgefäße. Vardenafil und Sildenafil bewirkten eine deutliche Abschwächung der Noradrenalin-vermittelten Vasokonstriktion von Pulmonalarterien und -venen. Tadalafil war nur im Fall von Pulmonalarterien schwach signifikant, nicht jedoch bei Pulmonalvenen. Um das wirkstärkste der drei Medikamente zu ermitteln, wurde in ansteigender Dosis (1E-10 M–1E-5 M) deren relaxierender Effekt auf mittels Noradrenalin präkontrahierte Pulmonalgefäße untersucht. Sowohl Pulmonalarterien als auch -venen konnten lediglich in den höchsten Medikamentendosierungen signifikant relaxiert werden. Die Relaxation war bei Vardenafil deutlich stärker ausgeprägt als bei Sildenafil oder Tadalafil. In der maximalen Konzentration von 1E-5 M erwies sich Vardenafil zudem als signifikant effektiver als die anderen beiden PDE-5-Inhibitoren. Ergänzend zu diesen vergleichenden Untersuchungen sollte anhand von PA noch evaluiert werden, inwieweit der relaxierende Effekt des potentesten PDE-5-Inhibitors Vardenafil in höchster Dosis durch die Kombination mit dem ERA Bosentan (1E-7 M) gesteigert werden konnte. Analog zu den Resultaten der oben beschriebenen ersten Versuchsreihe mit Sildenafil und Bosentan zeigte sich auch hier ein stärkerer Effekt Bosentans gegenüber Endothelin-1, während der PDE-5-Inhibitor – in diesem Fall Vardenafil – seine Wirkung v. a. in Gegenwart von Noradrenalin entfalten konnte [16]. Da sowohl die Dualtherapie als auch die alleinige Gabe von Vardenafil ähnliche Resultate erbrachten, wurde die gleiche Untersuchung mit Vardenafil in geringerer Dosierung (1E-6 M) durchgeführt. In der Folge zeigte sich nun ein signifikanter Benefit der Kombinationstherapie gegenüber Vardenafil in Monotherapie ([Abb. 5]) [14].

Abb. 5 Inhibition der Vasokonstriktion der PA durch Bosentan 1E-7 M und Vardenafil in unterschiedlichen Konzentrationen: a 1E-5 M und b 1E-6 M (modifiziert nach [14]).

Kombinationstherapie der pulmonalarteriellen Hypertonie mit Vardenafil und Macitentan/ACT-132577

Mit dem non-selektiven ERA Macitentan wurde ein weiteres, bereits klinisch erprobtes Medikament zur Behandlung der pulmonalen Hypertonie in der dritten Studie evaluiert [15]. Aufgrund seiner längeren Halbwertszeit in vivo und vergleichbarer vasodilatatorischer Eigenschaften wurde ergänzend ACT-132577, der Hauptmetabolit von Macitentan, untersucht [12]. Basierend auf den Ergebnissen der zuvor veröffentlichten Vergleichsstudie der PDE-5-Inhibitoren fiel die Wahl auf Vardenafil als Kombinationspartner. Insgesamt 58 Patienten wurden in die Studie inkludiert. Zunächst rief keiner der beiden ERA eine relevante Senkung des Basaltonus von Pulmonalarterien oder -venen hervor. In Gegenwart von Endothelin-1 zeigte sich eine signifikante kontraktionshemmende Wirkung Macitentans auf Pulmonalarterien bereits in der niedrigsten Dosierung, während bei Pulmonalvenen erst in der Dosis 1E-6 M ein Unterschied zur unbehandelten Kontrollgruppe bestand. Im Fall von ACT-132577 war bei beiden Gefäßtypen eine Konzentration von 1E-6 M notwendig, um eine signifikante Vasodilatation zu erlangen. Analog zu den früheren Versuchsreihen am Organbad folgte eine weitere Serie von Experimenten, die sich mit dem Vergleich der kombinierten Behandlung aus Vardenafil 1E-6 M und Macitentan bzw. ACT-132577 mit der Einzelgabe der Medikamente befasste [14] [15] [16]. Es zeigte sich, dass die Kombinationstherapie aus Vardenafil und Macitentan bereits in der niedrigsten Dosierung des ERA (1E-8 M) einen signifikanten Vorteil gegenüber beiden Medikamenten in Monotherapie sowie der Kontrollgruppe erbrachte. Mit ansteigender Macitentandosis relativierte sich der Mehrwert der Dualtherapie gegenüber Macitentan allein. Die isolierte Gabe von Vardenafil 1E-6 M zeigte keine Signifikanz gegenüber der unbehandelten Kontrollgruppe. Deutlich geringer fiel im Vergleich der relaxierende Effekt der Dualtherapie ACT-132577 und Vardenafil aus. Ein signifikanter Vorteil der Kombinationstherapie gegenüber ACT-132577 allein konnte nicht nachgewiesen werden ([Abb. 6]) [15].

Abb. 6 Effekt der Kombination aus Vardenafil 1E-6 M und Macitentan in unterschiedlichen Dosierungen auf die ET-1- und NE-vermittelte Vasokonstriktion von PA: a Macitentan 1E-8 M, b Macitentan 3E-8 M, c Macitentan 1E-7 M (modifiziert nach [15]).

Ausblick: Kombinationstherapie bei pathologisch veränderten Pulmonalgefäßen

Ein völlig neuer Ansatz wurde in der aktuellsten Studie unserer Arbeitsgruppe verfolgt [13]. Während sich der Versuchsaufbau an den bisherigen Arbeiten orientierte und diesmal den Vergleich der Kombination aus Vardenafil und Bosentan bzw. Macitentan mit der jeweiligen Monotherapie zum Inhalt hatte, dienten als Untersuchungsmaterial erstmals keine Pulmonalgefäße von Patienten ohne Beeinträchtigung des Lungenkreislaufs. Stattdessen stammten die verwendeten Pulmonalarterien von Patienten, die sich aufgrund einer terminalen respiratorischen Insuffizienz aufgrund verschiedener Erkrankungen an der Chirurgischen Universitätsklinik München (Campus Großhadern) einer Einzel- oder Doppellungentransplantation unterziehen mussten.

Erste Ergebnisse zeigten, dass die Dualtherapie aus Bosentan und Vardenafil eine signifikante Relaxation der untersuchten Pulmonalarterien induzierte. Die Endothelin-1-vermittelte Vasokonstriktion konnte in beiden Serien durch Bosentan alleine sowie in Kombination mit Vardenafil statistisch relevant inhibiert werden. Ein relaxierender Effekt auf Noradrenalin-Gabe zeigte sich lediglich bei Pulmonalarterien, die mit der Kombination aus Bosentan und Vardenafil 1E-6 M vorbehandelt worden waren. Insgesamt konnte die simultane Gabe beider Medikamente in keiner der ersten Versuchsreihen einen Vorteil gegenüber beiden Monotherapien bewirken.

Weitere Versuchsreihen wurden durchgeführt und die Ergebnisse werden separat veröffentlicht.

Interpretation und Schlussfolgerungen

Die medikamentöse Therapie der pulmonalen Hypertonie hat sich in den vergangenen 25 Jahren an klinischer Effizienz und Praktikabilität insbesondere durch die Einführung von Kombinationstherapien sowie neuer Wirkstoffe stark verbessert [5].

Ziel einer Kombinationstherapie ist neben einer Senkung des Risikos für Nebenwirkungen sowie der Toleranzentwicklung durch geringere Einzeldosierungen der Medikamente eine Steigerung des vasorelaxierenden Effekts [7]. Während ERA über eine Blockade der vasokonstriktiv agierenden ET_A- und/oder ET_B-Rezeptoren der glatten Gefäßmuskulatur wirken [17] [18] [19] [20], hemmen PDE-5-Inhibitoren den hydrolytischen Abbau von cGMP durch die in der Gefäßmuskulatur stark exprimierte PDE-5 [19] [20] [21] [22] [23], wodurch ein vermehrter Kalziumausstrom und damit eine Relaxation der glatten Muskelzellen induziert wird [24]. In der bislang letzten veröffentlichten Versuchsreihe unserer Arbeitsgruppe wurden erstmals Organbaduntersuchungen an pathologisch veränderten Pulmonalarterien lungentransplantierter Patienten vorgenommen und die Resultate mit den vorangegangenen Untersuchungen an den Pulmonalgefäßen lungengesunder Probanden korreliert [13]. In einer nicht placebokontrollierten Studie an 41 Patienten hatten sich bspw. bereits Hinweise auf eine adäquate Wirkung niedrigerer Bosentandosierungen in Kombination mit Sildenafil ergeben [25]. In weiteren Studien waren neben einer signifikanten Besserung hämodynamischer Parameter wie Herzindex (HI), pulmonalvaskulärem Widerstand (PVR) oder dem pulmonalarteriellen Mitteldruck (mPAP) im Regelfall auch deutliche Verbesserungen der Symptomatik zu verzeichnen, was sich in einem relevanten Anstieg der 6-Minuten-Gehstrecke (6MWD) oder einer Verbesserung der WHO-Funktionsklasse (WHO-FC) objektivieren ließ [26] [27] [28]. Um den therapeutischen Mehrwert der gleichzeitigen Gabe zweier Medikamente unterschiedlichen Wirkprinzips zu objektivieren, führten wir im Organbad Messungen der Kontraktilität isolierter humaner Pulmonalgefäße unter dem Einfluss von Vasokonstriktoren (Noradrenalin, Endothelin-1) und klinisch erprobten Medikamenten (ERA, PDE-5-Inhibitoren) durch. Die erste von bisher 4 Organbad-Versuchsreihen befasste sich mit der Wirkung von Sildenafil und Bosentan auf die Vasoreagibilität von Pulmonalarterien und -venen [16]. Die Dualtherapie erwies sich nach Zugabe von Endothelin-1 und Noradrenalin gegenüber beiden Medikamenten in Einzelgabe als überlegen. Wenngleich im menschlichen Organismus mehr als zwei verschiedene vasoaktive Mediatoren Einfluss auf den pulmonalen Gefäßtonus nehmen, so konnte doch, ausgehend von diesem Resultat, auf einen Vorteil der Kombinationstherapie in vivo geschlossen werden [16]. Zudem war in dieser ersten Versuchsreihe die Eignung des Organbads zur Darstellung dieses Therapievorteils demonstriert worden.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde in einer zweiten Analyse ein Vergleich des klinisch etablierten PDE-5-Inhibitors Sildenafil mit zwei weiteren Medikamenten des gleichen Wirkprinzips, Tadalafil und Vardenafil, bez. der Wirkstärke vorgenommen. Sowohl anhand von Pulmonalarterien als auch von Pulmonalvenen erwies sich Vardenafil als der wirkungsstärkste der drei getesteten PDE-5-Hemmer. Dieser Effekt war jedoch lediglich in der höchsten untersuchten Dosis von 1E-5 M signifikant [14]. Wir schlussfolgerten daraus, dass selbst Vardenafil als der PDE-5-Inhibitor mit der größten Potenz zumindest im Organbadmodell immer noch eine geringere Effizienz als der nonselektive ERA Bosentan aufweist. Da die Kombination von Bosentan und Sildenafil bereits einen signifikanten Vorteil gegenüber der jeweiligen Monotherapie gezeigt hatte, wurde nun ein umso stärkerer Effekt durch die Verwendung von Vardenafil erwartet [16]. Tatsächlich konnte die Wirkung von Vardenafil in Maximaldosis durch die Kombination mit Bosentan (1E-7 M) nicht signifikant gesteigert werden, was aber auf die in der Maximaldosis bereits hohe hemmende Wirkung des Vardenafils zurückzuführen war. Die Wiederholung der Versuchsreihe mit Vardenafil in geringerer Dosierung (1E-6 M) zeigte schließlich einen signifikanten Mehrwert gegenüber Vardenafil allein, nicht jedoch gegenüber Bosentan [14].

In einer weiteren Versuchsreihe wies Macitentan insgesamt eine deutlich höhere Potenz bei der Inhibition Endothelin-1-vermittelter Vasokonstriktion auf als ACT-132577 [15]. Während die Dualtherapie aus ACT-132577 und dem PDE-5-Inhibitor Vardenafil (1E-6 M) in keiner der untersuchten Dosierungen des ERA einen signifikanten Mehrwert gegenüber der jeweiligen Monotherapie erzielen konnte, zeigte sich bereits bei der Verwendung von Macitentan in der niedrigsten Dosis ein deutlicher Vorteil gegenüber der Monotherapie [15]. Macitentan war in vitro ACT-132577 folglich überlegen, jedoch sollte bei der Interpretation der Resultate nicht außer Acht gelassen werden, dass sich ACT-132577 in vivo durch eine längere Halbwertszeit auszeichnet. In höheren Konzentrationen zeigte sich Macitentan wiederum zu potent, als dass durch die Hinzunahme von Vardenafil ein additiver relaxierender Effekt beobachtet werden hätte können. Wir folgerten daraus, dass unter korrekter Abstimmung der medikamentösen Einzeldosierungen durchaus ein Vorteil der Dualtherapie gegenüber der Einzelgabe von Macitentan und Vardenafil erzielt werden könnte [15]. Im Rahmen der SERAPHIN-Studie hatte sich Macitentan bereits als prognoseverbessernde therapeutische Option erwiesen. Neben dosisabhängigen Verbesserungen von Funktionalität (6MWD, WHO-FC) und Hämodynamik (PVR, HI) war es bei Patienten unter Macitentan-Therapie zu signifikant geringeren PAH-assoziierten Hospitalisierungen gekommen [29]. Ähnliche Vorteile gegenüber der Monotherapie hatte zudem die Kombination von Macitentan mit PDE-5-Inhibitoren oder Prostacyclinanaloga ergeben [30].

Parallel zu der eben beschriebenen Versuchsreihe an physiologischen Lungengefäßen wurde eine weitere Vergleichsstudie an pathologisch veränderten Lungen von Patienten nach einer Lungentransplantation initiiert. Neben der bekannten Zielsetzung des Vergleichs von Mono- und Kombinationstherapie sollte zudem evaluiert werden, inwieweit sich Unterschiede in der Vasoreagibilität zwischen pathologisch veränderten und gesunden Pulmonalarterien ergaben. Analog zu früheren Versuchsergebnissen zeigten erste Untersuchungen der Pulmonalarterien von Transplantationspatienten eine signifikante vasodilatatorische Überlegenheit der ERA gegenüber Vardenafil in Einzeladministration [13] [14]. Ein signifikanter Vorteil der Dualtherapie gegenüber der Vardenafil-Monotherapie schien sich hingegen lediglich in geringerer Dosierung des PDE-5-Inhibitors (1E-6 M) zu zeigen. Gegenüber den Pulmonalarterien lungengesunder Patienten zeigten sich bereits nennenswerte Unterschiede, welche noch durch weitere Versuchsreihen überprüft werden sollen. Ursächlich für diese Unterschiede könnte ein stattgehabtes vaskuläres Remodeling der pathologisch veränderten Pulmonalarterien mit alterierter Freisetzung vasoaktiver Mediatoren sein [31] [32] [33]. Zur Überprüfung dieser Hypothese werden bereits weiterführende immunhistologische Untersuchungen des verwendeten Gefäßmaterials durch unsere Arbeitsgruppe durchgeführt.

Unser Versuchsdesign ist gewissen Limitationen unterworfen. Die physiologischen Verhältnisse im menschlichen Organismus können im Organbad nicht umfassend dargestellt werden, da bspw. die Metabolisierung der eingesetzten Medikamente, hormonelle Einflussfaktoren oder unterschiedliche Zusammensetzungen und Flusseigenschaften des Blutstroms nicht hinreichend imitiert werden können [34]. Dies macht beim Einsatz von PDE-5-Inhibitoren im Organbad die Verwendung höherer Konzentrationen als im tatsächlichen klinischen Gebrauch notwendig [15]. Dennoch bieten Untersuchungen isolierter humaner Pulmonalgefäße im Organbad einen bedeutenden Vorteil gegenüber klinischen Studien, ermöglichen sie doch die Evaluation der Vasoreagibilität unter dem Einfluss einzelner oder mehrerer Vasodilatatoren und -konstriktoren in einer simulierten physiologischen Umgebung. Hierdurch werden Rückschlüsse auf Wirkung und Dosierung der eingesetzten Medikamente ermöglicht, welche sich im klinischen Setting nur schwer erheben ließen. Dennoch ist ein unkritischer Transfer der im Organbad gewonnenen Erkenntnisse auf die Verhältnisse in vivo nicht zu empfehlen, da diese in ihrer Beurteilung stets in Relation zu den klinischen Erfahrungswerten gesetzt werden sollten.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Substanzklassen werden beständig neue medikamentöse Alternativen zur Behandlung der pulmonalen Hypertonie zugelassen. Dazu gehört u. a. Riociguat, ein Stimulator der löslichen Guanylatcyclase. Dieses Enzym bewirkt über einen Anstieg der intrazellulären cGMP-Konzentration einen vermehrten Kalziumausstrom aus den glatten Muskelzellen der Gefäßwand, wodurch es zu einer Relaxation der Media kommt. Weitere Organbaduntersuchungen unserer Arbeitsgruppe, welche sich mit den Wirkmechanismen Riociguats und anderer neuartiger Vasodilatatoren befassen sollen, werden bereits durchgeführt. In Zukunft ist ebenfalls ein höherer Anteil an Pulmonalarterien von Patienten mit nachgewiesener pulmonaler Hypertonie für die Organbadversuche erforderlich, um weitere Effekte verschiedener Substanzklassen bzw. Medikamente nachweisen zu können.

Interessenkonflikt

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Danksagung

Teile des Projekts wurden freundlicherweise von Actelion Pharmaceuticals Deutschland (Freiburg i. Br.) finanziell und durch die Bereitstellung der Wirkstoffe Macitentan und ACT-132577 unterstützt. Bosentan wurde freundlicherweise von Actelion Pharmaceuticals (Allschwil, Schweiz) zur Verfügung gestellt.

Dank gilt auch den Kollegen des Lungentransplantationszentrums München-Großhadern für die Unterstützung und sehr gute Zusammenarbeit.

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Publication History

Received: 30 September 2020

Accepted: 08 December 2020

Article published online:
20 January 2021