Neuartige Therapien hemmen das Komplement, um Neuronen zu erhalten und Entzündungen nach einem Schlaganfall zu reduzieren

Anonim

Ein Team von Forschern an der Medizinischen Universität von South Carolina (MUSC) hat eine neuartige Therapie für ischämische Schlaganfälle entwickelt und in einem präklinischen Modell gezeigt, dass es das Komplement am und um den Schlagkern hemmt, aber nicht die Funktion hemmt des Komplementsystems in anderen Bereichen des Körpers. Ihre Ergebnisse sind in einem Artikel veröffentlicht am 16. Mai 2018 von Science Translational Medicine veröffentlicht.

Das Komplementsystem ist eine Komponente sowohl der angeborenen als auch der adaptiven Immunantwort und seine doppelte Rolle sowohl bei der Verletzung als auch bei der Erholung hat es zu einem anspruchsvollen Ziel für potentielle Schlaganfall-Therapien gemacht.

"Es gibt einen ischämischen Kern, wo der größte Sauerstoffmangel während eines ischämischen Schlaganfalls auftritt. Neuronen in diesem Bereich sind irreparabel geschädigt und sterben. Aber beschädigte Neuronen außerhalb des Schlaganfallkerns können gerettet werden", erklärt der leitende Forscher und leitende Autor Stephen Tomlinson, Ph.D.. , Professor und stellvertretender Vorsitzender für Forschung und Fakultät Entwicklung in MUSC Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie. "Unglücklicherweise wird Komplement aktiviert und signalisiert, dass diese beschädigten Neuronen aus dem Gehirn entfernt werden sollten, bevor sie sich erholen können."

Während eines ischämischen Schlaganfalls sind Neuronen im periläsionalen Bereich oder Penumbra, die an den Schlagkern angrenzen, extremen Belastungen ausgesetzt. Als Reaktion hören periläsionale Neuronen auf zu funktionieren und gehen in den "Überlebensmodus".

"Wenn Zellen am Schlagkern sterben, setzen sie schädigende Giftstoffe in das umgebende Hirngewebe frei", erklärt Ali Alawieh, MD / Ph.D. Kandidat in der Abteilung Mikrobiologie & Immunologie und erster Autor des Artikels. "Neuronen in diesen nahe gelegenen Gebieten reagieren mit einer vorübergehenden Abschaltung. Ein Immunsystem, das aus natürlichen Antikörpern besteht, sieht gestresste, nicht funktionierende Zellen und geht davon aus, dass sie sterben und ihre eigenen schädlichen Toxine freisetzen, so dass es das Komplementsystem aktiviert die Beseitigung der geschädigten Zellen. Es ist alles Teil der normalen homöostatischen Prozesse des Körpers, aber im Schlaganfall wird Komplement pathologisch und markiert unangemessen lebende Neuronen für die Beseitigung. "

Das Team führte eine Reihe von Experimenten durch, um die Rolle des Komplements beim Schlaganfall zu klären, da es sowohl zu neurodegenerativen als auch neuroregenerativen Prozessen beiträgt. Aber wie es manchmal geschieht, führte ein unerwarteter Befund dazu, dass sie ihren Fokus einstellten. Während Mikroglia-Phagozytose (Aufnahme von Mikroglia) von Neuronen zuvor beschrieben wurde, zeigten die Experimente des Teams, dass dieser Prozess auch nach einem Schlaganfall auftritt.

"Wir sahen neuronales Material in den Mikrogliazellen und zunächst dachten wir, es müsse sich um ein Artefakt handeln. Es war eine Überraschung", sagt Alawieh. "Also haben wir das Experiment mehrmals wiederholt, um sicherzustellen, dass die Phagozytose lebender Neuronen funktioniert Es war wirklich, was passierte. Wir wussten vorher nicht, dass das in der perilesionalen Gegend nach dem Schlaganfall aufgetreten ist. "

Sie fanden heraus, dass lebende, aber gestresste Neuronen gefährliche molekulare Muster (DAMPs; auch Neoepitope genannt) aufweisen, die die Ablagerung von Komplement C3d auf der äußeren Zellmembran auslösen. Das C3d markiert das Neuron für eine schnelle Clearance durch entzündliche Mikroglia. Dieser "schnelle Antwort" -Mechanismus hilft, den schnellen Verlust von Neuronen, die im periläsionalen Bereich beobachtet werden, zu erklären. Von möglicherweise größerer Bedeutung ist, dass dieser Mechanismus auch eine entzündungsfördernde Umgebung fördert, die eine sehr schädliche, chronische Entzündung nach dem Schlaganfall verursacht.

Um diese Prozesse zu hemmen, entwickelte das Team ein neues therapeutisches Mittel, um die Komplementaktivierung lokal an Stellen zu hemmen, an denen Zellen DAMPs (oder Neoepitope) exprimieren. Sie verknüpften ein Antikörperfragment, das ein post-ischämisches Neoepitop (das Vehikel) erkennt, mit einem Komplement-Inhibitor, der es B4Crry nennt, und testeten es in einem Maus-Schlaganfall-Modell. Sie fanden heraus, dass B4Crry an hypoxische (sauerstoffarme) Zellen bindet und die Komplementaktivierung inhibiert, aber nicht an normal oxygenierte Zellen bindet. Sie fanden auch, dass B4Crry eine kurze Halbwertszeit, aber eine verlängerte (35 Stunden) Halbwertszeit hat, die dafür sorgt, dass die Komplementhemmung auf das betroffene Gehirngewebe beschränkt bleibt und die systemische Aktivierung des Serumkomplements nicht beeinflusst.

Mit B4Crry behandelte Tiere zeigten eine reduzierte C3d-Ablagerung im post-ischämischen Gehirn, verbesserte neurologische Defizite und reduziertes Infarktvolumen 24 Stunden nach Schlaganfall im Vergleich zu Kontrolltieren. Im Verlauf einer 15-tägigen Erholungsphase hatten B4Crry-behandelte Tiere weniger neurologische Defizite und kleinere Läsionen sowie eine stärkere Wiederherstellung der anfänglichen Defizite als die Kontrollgruppe. Insgesamt hatte die mit B4Crry behandelte Gruppe schnellere Lernkurven, eine besser erlernte Gedächtnisretention und eine vierfache Zunahme kortikaler und hippokampaler Neuroblasten als unbehandelte Tiere.

Wichtig war, dass B4Crry bei männlichen, weiblichen, erwachsenen und gealterten Tieren schützend wirkte, und Vorteile zeigten sich über einen Zeitraum von 30 Tagen und bei Tieren, die bis zu 24 Stunden nach dem Schlaganfall behandelt wurden. Dies ist ein deutlich längeres Behandlungsfenster als für Gewebeplasminogenaktivator (tPA), ein sogenanntes "Gerinnsel-Buster" -Droge, und die einzige derzeit verfügbare pharmakologische Schlaganfall-Intervention. Im Gegensatz zu tPA kann B4Crry, dessen Sicherheit und Wirksamkeit natürlich in klinischen Studien am Menschen überprüft werden müssen, theoretisch Patienten verabreicht werden, bei denen ein Blutungsrisiko besteht.

Infektionen sind eine Hauptursache für Morbidität und Mortalität nach einem Schlaganfall, und die systemische Komplementhemmung erhöht nachweislich das Infektionsrisiko. B4Crry erhöhte das Infektionsrisiko jedoch nicht und bot einen entscheidenden Vorteil.

"Dieser Inhibitor ist speziell auf die Verletzungsstelle im Gehirn ausgerichtet, sodass er in einer Dosis verabreicht werden kann, die die systemische Komplementaktivität nicht beeinflusst", erklärt Tomlinson. "Auf diese Weise beeinflussen wir nicht den Immunmechanismus des Komplementsystems des Patienten und erhöhen nicht das Risiko für Infektionen wie Lungenentzündung. Der periläsionale Bereich ist ein therapeutisches Ziel für Schlaganfallbehandlungen, weil dort Neuronen noch geborgen werden können. Komplement wird abgelagert und Mikroglia attackieren Neuronen, die sonst ihre Funktion wiederherstellen könnten. Wir fanden heraus, dass B4Crry die Mikroglia-Phagozytose dieser lebenden Neuronen verhinderte. "

Alawieh hebt zusätzliche potenzielle Vorteile dieses Ansatzes hervor. "Diese Therapie erlaubt auch mehr Zeit zum Eingreifen und erfordert nur eine einfache Injektion", sagt Alawieh. "Es unterbricht den Entzündungsreaktionszyklus und verhindert die Entstehung chronischer Entzündungen im Gehirn, von denen wir wissen, dass sie noch viele Jahre nach einem Schlaganfall anhalten können."

Das Team hat diesen Ansatz bereits unter anderen Bedingungen wie kardiovaskulären Erkrankungen untersucht und plant, die Komplementhemmung bei Schädel-Hirn-Trauma (TBI) weiter zu untersuchen, um zu verstehen, wie Komplement-abhängige Mechanismen die TBI-Ergebnisse beeinflussen. Sie haben auch gezeigt, dass das B4-Epitop auf anderen verletzten menschlichen Geweben exprimiert wird, und hoffen, die B4Crry-Therapie in naher Zukunft in klinische Versuche mit menschlichen Patienten aufnehmen zu können.