TY  - JOUR
A1  - Cristalli, G.
A1  - Eleuteri, A.
A1  - Vittori, S.
A1  - Volpini, R.
A1  - Lohse, M. J.
A1  - Klotz, Karl-Norbert
T1  - 2-Alkynyl derivatives of adenosine and adenosine-5'-N-ethyluronamides as selective agonists at A\(_2\) adenosine receptors
N2  - In the search for more selective A2-receptor agonists and on the basis that appropriate substitution at C2 is known to impart selectivity for A\(_2\) receptors, 2-alkynyladenosines 2a-d were resynthesized and evaluated in radioligand binding, adenylate cycla.se, and platelet aggregation studies. Binding of [\(^3\)H]NECA to A\(_2\) receptors of rat striatal membranes was inhibited by compounds 2a-d with K\(_i\) values ranging from 2.8 to 16.4 nM. 2-Alkynyladenosines also exhibited high-affmity binding at solubilized A\(_2\) receptors from human platelet membranes. Competition of 2-alkynyladenosines 2a-d for the antagonist radioligand [\(^3\)H]DPCPX and for the agonist [\(^3\)H]CCPA gave K\(_i\) values in the nanomolar range, and the compounds showed moderate A\(_2\) selectivity. In order to improve this selectivity, the correaponding 2-alkynyl derivatives of adenosine-5'-N-ethyluronamide 8a-d were synthesized and tested. A\(_1\) expected, the 5'-N-ethyluronamide derivatives retained the A\(_2\) affinity whereas the A\(_1\) affinity was attenuated, resulting in an up to 10-fold increase in A\(_2\) selectivity. A similar patternwas observed in adenylate cyclase assays andin platelet aggregation studies. A 30- to 45-fold selectivity for platelet A\(_2\) receptors compared to A\(_1\) receptors was found for compounds 8a-c in adenylate cyclase studies.
KW  - Toxikologie
Y1  - 1992
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60412
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nolte, D.
A1  - Lorenzen, A.
A1  - Lehr, H.-A.
A1  - Zimmer, F.-J.
A1  - Klotz, Karl-Norbert
A1  - Messmer, K.
T1  - Reduction of postischemic leukocyte-endothelium interaction by adenosine via A\(_2\) receptor
N2  - The adhesion of leukocytes to the endothelium of postcapillary venules hallmarks a key event in ischemia-reperfusion injury. Adenosine has been shown to protect from postischemic reperfusion injury, presumably through inhibition of postischemic leukocyte-endothelial interaction. This study was performed to investigate in vivo by which receptors the effect of adenosine on postischemic leukocyte-endothelium interaction is mediated. The hamster dorsal skinfold model and fluorescence microscopy were used for intravital investigation of red cell velocity, vessel diameter, and leukocyte-endothelium interaction in postcapillary venules of a thin striated skin muscle. leukocytes were stained in vivo with acridine orange (0.5 mg kg\(^{-1}\) min\(^{-1}\) i.v. ). Parameters were assessed prior to induction of 4 h ischemia to the muscle tissue and 0.5 h, 2 h, and 24 h after reperfusion. ·Adenosine, the adenosine A1-selective agonist 2-chloro-N\(^6\) -cyclopentyladenosine (CCPA), the Arselective agonist CGS 21,680, the non-selective adenosine receptor antagonist xanthine amine congener {XAC), and the adenosine uptake blocker S-(p-nitrobenzyl)-6-thioinosine (NBTI) were infused viajugular vein starting 15 min priortorelease of ischemia until 0.5 h after reperfusion. Adenosine and CGS 21,680 significantly reduced postischemic leukocyte-endothelium interaction 0.5 h after reperfusion (p< 0.01), while no inhibitory effect was observed with CCPA. Coadministration of XAC blocked the inhibitory effects of adenosine. Infusion of NBTI alone effectively decreased postischemic leukocyte-endothelium interaction. These findings indicate that adenosine reduces postischemic leukocyte-endothelium interaction via A\(_2\) receptor and suggest a protective role of endogenous adenosine during ischemia-reperfusion.
KW  - Toxikologie
KW  - Adenosine receptors
KW  - Ischemia/reperfusion
KW  - Leukocyte/endothelium interaction
KW  - Microcirculation
Y1  - 1992
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60424
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ukena, D.
A1  - Schirren, C. G.
A1  - Klotz, Karl-Norbert
A1  - Schwabe, U.
T1  - Evidence for an A\(_2\) adenosine receptor in guinea pig lung
N2  - Adenosine receptors in guinea pig lung were characterized by measurement of cyclic AMP formation and radioligand binding. 5'-N-Ethylcarboxamidoadenosine (NECA) increased cyclic AMP Ievels in lung slices about 4-fold over basal values with an EC\(_{50}\) of 0.32 \(\mu\)mol/l. N\(^6\) - R-(- )-Phenylisopropyladenosine (R-PIA) was 5-fold less potent than NECA. 5'-N-Methylcarboxamidoadenosine (MECA) and 2-chloroadenosine had EC\(_{50}\)-values of 0.29 and 2.6 \(\mu\)mol/l, whereas adenosine and inosine had no effect. The adenosine receptors in guinea pig Iung can therefore be classified as A\(_2\) receptors. Several xanthine derivatives antagonized the NECA-induced increase in cyclic AMP levels. 1,3-Diethyl-8-phenylxanthine (DPX; K\(_i\) 0.14 \(\mu\)mol/l) was the most potent analogue, followed by 8-phenyltheophylline (K\(_i\) 0.55 \(\mu\)mol/l), 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX; K\(_i\) 2.9 \(\mu\)mol/l) and theophylline (K\(_i\) 8.1 \(\mu\)mol/l). In contrast, enprofylline (1 mmol/1) enhanced basal and NECA-stimulated cyclic AMP formation. In addition, we attempted to characterize these receptors in binding studies with [\(^3\)H]NECA. The K\(_D\) for [\(^3\)H] NECA was 0.25 \(\mu\)mol/l and the maximal number of binding sites was 12 pmol/mg protein. In competition experiments MECA (K\(_i\) 0.14 \(\mu\)mol/l) was the most potent inhibitor of [\(^3\)H] NECA binding, followed by NECA (K\(_i\) 0.19 \(\mu\)mol/l) and 2-chloroadenosine (K\(_i\) 1.4 \(\mu\)mol/l). These results correlate well with the EC\(_{50}\)- values for cyclic AMP formation in lung slices. However, the K\(_i\)-values of R-PIA and theophylline were 240 and 270 \(\mu\)mol/l, and DPX and 8-phenyltheophylline did not compete for [\(^3\)H]NECA binding sites. Therefore, a complete characterization of A\(_2\) adenosine receptors by [\(^3\)H] NECA binding was not achieved. In conclusion, our results show the presence of adenylate cyclase-coupled A\(_2\) adenosiile receptors in lung tissue which are antagonized by several xanthines.
KW  - Toxikologie
KW  - Adenosine receptors
KW  - Cyclic AMP
KW  - Lung
KW  - Theophylline
Y1  - 1985
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60202
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Klotz, Karl-Norbert
A1  - Lohse, M. J.
A1  - Schwabe, U.
A1  - Cristalli, G.
A1  - Vittori, S.
A1  - Grifantini, M.
T1  - 2-Chloro-N\(^6\)-[\(^3\)H]cyclopentyladenosine ([\(^3\)H]CCPA) - a high affinity agonist radioligand for A\(_1\) adenosine receptors
N2  - The tritiated analogue of 2-chloro-N6-cyclopentyladenosine (CCPA), an adenosine derivative with subnanomolar affinity and a 10000-fold selectivity for A1 adenosine receptors, has been examined as a new agonist radioligand. [3H]CCP A was prepared with a specifi.c radioactivity of 1.58 TBqjmmol ( 43 Ci/mmol) and bound in a reversible manner to A1 receptors from rat brain membranes with a high affinity K0 -value of 0.2 nmol/1. In the presence of GTP a K0 -value of 13 nmol/1 was determined for the low affinity state for agonist binding. Competition of several adenosine receptor agonists and antagonists for [3H]CCPA binding to rat brain membranes confrrmed binding to an A1 receptor. Solubilized A1 receptors bound [3H]CCPA with similar affinity for the high affinity state. At solubilized receptors a reduced association rate was observed in the presence of MgC12, as has been shown for the agonist [ 3H]N6-phenylisopropyladenosine ([3H]PIA). [3H]CCPA was also used for detection of A1 receptors in rat cardio myocyte membranes, a tissue with a very low receptor density. A K0 -value of 0.4 nmol/1 and a Bmax-value of 16 fmol/ mg protein was determined in these membranes. In human platelet membranes no specific binding of [3H]CCPA was measured at concentrations up to 400 nmoljl, indicating that A2 receptors did not bind [3H]CCPA. Based on the subnanomolar affinity and the high selectivity for A1 receptors [ 3H]CCPA proved to be a useful agonist radioligand for characterization of A 1 adenosine receptors also in tissues with very low receptor density.
KW  - Toxikologie
KW  - Adenosine receptors
KW  - Radioligauds
KW  - agonists
Y1  - 1989
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60328
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tawfik-Schlieper, H.
A1  - Klotz, Karl-Norbert
A1  - Kreye, V. A. W.
A1  - Schwabe, U.
T1  - Characterization of the K\(^+\)-channel-coupled adenosine receptor in guinea pig atria
N2  - In the present work we studied the pharmacological profile of adenosine receptors in guinea pig atria by investigating the effect of different adenosine analogues on 86Rb + -efflux from isolated left atria and on binding of the antagonist radioligand 8-cyclopentyl-1 ,3-[\(^3\)H]dipropylxanthine ([\(^3\)H]DPCPX) to atrial membrane preparations. The rate of \8^{86}\)Rb\(^+\) -effiux was increased twofold by the maximally effective concentrations of adenosine receptor agonists. The EC50-values for 2-chloro-N\(^6\)-cyclopentyladenosine (CCPA), R-N\(^6\)-phenylisopropyladenosine (R-PIA), 5'-Nethylcarboxamidoadenosine (NECA), and S-N\(^6\)-phenylisopropyladenosine (S-PIA) were 0.10, 0.14, 0.24 and 12.9 \(\mu\)M, respectively. DPCPX shifted the R-PIA concentration-response curve to the right in a concentration-dependent manner with a K\(_B\)-value of 8.1 nM, indicating competitive antagonism. [\(^3\)H]DPCPX showed a saturable binding to atrial membranes with a Bmax·value of 227 fmol/mg protein and a K\(_D\)-value of 1.3 nM. Competition experiments showed a similar potency for the three agonists CCPA, R-PIA and NECA. S-PIA is 200 times less potent than R-PIA. Our results suggest that the K\(^+\) channel-coupled adenosine receptor in guinea pig atria is of an A\(_1\) subtype.
KW  - Toxikologie
KW  - A1 Adenosine receptors
KW  - K + -channels
KW  - Atria
KW  - Radioligand binding - 86Rb + -efflux
Y1  - 1989
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60333
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Shephard, S. E.
A1  - Lutz, Werner K.
A1  - Schlatter, C.
T1  - The lacI transgenic mouse mutagenicity assay: quantitative evaluation in comparison to tests for carcinogenicity and cytogenetic damage in vivo
N2  - The detection Iimit of the lacl transgenic mouse mutagenicity assay lies, in practice, at approximately a 50-100% increase in mutant frequency in treated animals over controls. The sensitivity of this assay in detecting genotoxins can be markedly improved by subchronic rather than acute application of the test compound. The lac/ transgenic mouse mutagenicity assay was compared quantitatively to rodent carcinogenicity tests and to presently used in vivo mutagenicity assays. With the genotoxic carcinogens tested thus far, a rough correlation between mutagenic potency and carcinogenic potency was observed: on average, to obtain a doubling in lacl mutant frequency the mice bad to be treated with a total dose equal to 50 times the TD50 daily dose Ievel. This total dose could be administered eilher at a high dose rate within a few days or, preferably, at a low dose rate over several weeks. This analysis also indicated that a lacl experiment using a 250-day exposure period would give a detection Iimit approximately equal to that of a long-term carcinogenicity study. In comparison to the micronucleus test or the chromosome aberration assay, acute sturlies with the presently available lacl system offered no increase in sensitivity. However, subchronic lacl sturlies (3-4-month exposure) resulted in an increase in sensitivity over the established tests by 1-2 orders of magnitude (shown with 2-acetylaminofluorene, N-nitrosomethylamine, N-nitrosomethylurea and urethane). 1t is concluded that a positive result in the lacl test can be highly predictive of carcinogenicity butthat a negative result does not provide a large margin of safety.
KW  - Toxikologie
KW  - Transgenie mice
KW  - Mutagenicity assay
KW  - Sensitivity
KW  - Chromosome aberration
KW  - Micronucleus test
KW  - Carcinogenic potency
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60638
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hintzsche, Henning
T1  - Gentoxizität nichtionisierender Strahlung - Auswirkungen von Mobilfunk- und Terahertzstrahlung auf das Genom
T1  - Genotoxicity of non-ionizing radiation - Effects of mobile phone and terahertz radiation on the genome
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob nichtionisierende elektromagnetische Strahlung verschiedener Frequenzbereiche Genomschaden hervorrufen kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Biomonitoring-Studie zu dieser Thematik konzipiert und durchgeführt. Es wurden 131 Probanden detailliert zu ihrer Mobilfunknutzung befragt. Anschließend wurden Mundschleimhautzellen entnommen und für eine mikroskopische Untersuchung aufbereitet und angefärbt. In den Zellen wurden Mikrokerne und andere Kernanomalien quantifiziert. Es zeigte sich keine Erhöhung der Mikrokernfrequenz in Abhängigkeit von der Dauer der Mobiltelefonnutzung. Auch die anderen abgefragten Parameter hatten keinen Einfluss auf die Höhe des Genomschadens. Als Positivkontrollen wurden vier Patienten, die eine lokale Strahlentherapie (ionisierende Strahlung) erhielten, eingeschlossen. Hier zeigte sich eine deutliche Erhöhung der Mikrokernfrequenz. Um festzustellen, ob die Mikrokerninduktion erst bei höheren Leistungsflussdichten als denen, die beim Mobilfunk verwendet werden, auftritt, wurden in-vitro-Versuche durchgeführt, bei denen verschiedene Zelllinien einer Strahlung von 900 MHz ausgesetzt wurden. Nach Exposition und einer Postinkubationsperiode wurden die Zellen fixiert und die Mikrokernfrequenz bestimmt. Neben den Leistungen wurden hier auch die Expositionszeiten und die Postinkubationsperioden variiert. In keinem Fall konnte eine Erhöhung der Mikrokernfrequenz festgestellt werden. Insgesamt konnte ein Einfluss elektromagnetischer Strahlung auf das Genom weder am Menschen im Rahmen einer Biomonitoring-Studie noch an verschiedenen Zelllinien im Rahmen von in-vitro-Versuchen festgestellt werden. Terahertzstrahlung ist elektromagnetische Strahlung im Bereich von 0,1 bis 10 THz, d. h. sie liegt zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht. Derzeit wird sie hauptsächlich für spektroskopische Untersuchungen und zur Qualitätskontrolle im Herstellungs-prozess verschiedener Produkte verwendet. Anwendungen in der Sicherheitstechnik (z. B. Ganzkörperscanner) und in der Medizintechnik (z. B. Bildgebung) stehen kurz vor der Markteinführung bzw. sind bereits etabliert. Diese Anwendungen bringen eine Exposition der betroffenen Menschen mit sich. Außerdem wird an weiteren Techniken wie etwa der Datenübertragung gearbeitet. Die Wirkungen auf biologische Systeme sind im Gegensatz zum Mobilfunkbereich bisher nur unzureichend untersucht. Da bisher keine vollständigen Literaturübersichten vorlagen, wurde eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt. Ziel war es, alle bisher durchgeführten Studien zu diesem Thema aufzulisten. Um diese Datenbasis zu verbreitern wurden in-vitro-Versuche bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt. Als Strahlungsquellen wurden eine Frequenzvervielfacherkaskade (0,106 THz), ein Rückwärtswellen-Oszillator (0,380 THz) und ein Ferninfrarot-Laser (2,520 THz) eingesetzt. Die Strahlung wurde in einen modifizierten Inkubator geführt, so dass die Expositionen bei definierter Temperatur und konstantem CO2-Gehalt durchgeführt werden konnten. Da Terahertzstrahlung durch Wasser sehr stark absorbiert wird, sind bei einer Exposition des Menschen primär die obersten Hautschichten betroffen. Aus diesem Grund wurden primäre Hautfibroblasten und HaCaT-Zellen, eine Keratinozyten-Zelllinie, als biologische Systeme verwendet. Die Zellen wurden für unterschiedliche Zeitperioden mit verschiedenen Leistungsflussdichten exponiert. Anschließend wurden die Zellen für den Comet Assay aufbereitet und analysiert. Der Comet Assay ist eine Methode zur Quantifizierung von Einzel- und Doppelstrangbrüchen der DNA. Weiterhin wurden die Zellen nach einer Postinkubationsperiode für den Mikrokerntest aufbereitet. Neben unbehandelten Kontrollen und Sham-Expositionen wurden auch Positivkontrollen durchgeführt. Es konnte keine Erhöhung der Anzahl der DNA-Strangbrüche bzw. der Mikrokernfrequenz festgestellt werden. Da bekannt war, dass im Mobilfunkbereich unter bestimmten Bedingungen Störungen der Mitose, nicht aber Erhöhungen der Mikrokernfrequenz, auftreten, wurden Mitosestörungen nach Exposition bei 0,106 THz untersucht. Hierzu wurden AL-Zellen für 30 Minuten exponiert und anschließend ohne Postinkubation direkt fixiert. Analysiert wurden Störungen in allen Phasen der Mitose. Es zeigte sich, dass die Frequenz der Störungen in der Pro- und Metaphase unverändert blieb. Die Störungen in der Ana- und Telophase nahmen dagegen mit steigender Leistungsflussdichte zu. Insgesamt konnte im Terahertzbereich unter den gewählten Expositionsbedingungen kein DNA-Schaden beobachtet werden. Bei 0,106 THz konnten Mitosestörungen als Folge der Exposition gezeigt werden. Der Zusammenhang zwischen diesen Mitosestörungen und DNA-Schäden, insbesondere der Mikrokerninduktion, konnte bisher nicht abschließend geklärt werden und bleibt Gegenstand weiterer Untersuchungen.
N2  - The aim of the present study was to investigate whether non-ionizing radiation of different frequencies can cause genomic damage. Within the course of the present work, a biomonitoring study was designed and performed. 131 participants were interviewed and asked for their mobile phone use customs. Subsequently buccal mucosa cells were retrieved, prepared and stained for microscopy analysis. Micronuclei and other nuclear anomalies indicating genomic damage were quantified. No increase in micronucleus frequency depending on mobile phone use or other retrieved parameters were observed. Four patients receiving radiation therapy (ionizing radiation) were included as positive controls. A clear increase in micronucleus frequency was observed here. To determine whether micronucleus induction only occurs at higher power densities, in vitro investigations with different cell lines exposed to 900 MHz radiation were carried out. After exposition and post-incubation, cells were fixed and the micronucleus frequency was determined. Besides power density also exposition times and post-incubation periods were varied. In no case an increase in micronucleus frequency could be observed. 7. Summary 108 All in all, no influence of electromagnetic radiation on the genome could be observed, neither on humans in the biomonitoring study nor on cell lines in the in vitro study. Terahertz radiation is electromagnetic radiation in the range from 0.1 to 10 THz, i. e. between microwaves and infrared light. Currently it is used in spectroscopy and for quality control procedures in manufacturing processes. Application in security technology (e. g. full body scanners) and medical technology (e. g. medical imaging) have recently been established or are about to enter the market. These applications also involve exposure of humans. Furthermore, other technologies such as data transfer are being developed. So far the effects on biological systems of this frequency range are investigated only insufficiently. A thorough literature search was conducted because no comprehensive literature review was available. The aim was to completely list all available studies on this topic. To enlarge this data basis, in vitro studies at different frequencies were conducted. Radiation sources were a frequency multiplier chain (0.106 THz), a backward wave oscillator (0.380 THz) and a far infrared laser (2.520 THz). The radiation beam was led into a modified incubator in order to perform expositions under controlled temperature and CO2 concentration conditions. Terahertz radiation is strongly absorbed by water, thus in case of exposure of humans the skin will be affected primarily. This is the reason why primary dermal fibroblasts and HaCaT cells, a keratinocyte cell line, were used as biological systems. The cells were exposed to different power densities for different time periods. Subsequently cells were prepared and analyzed using the comet assay which quantifies DNA single and double strand breaks. Also, after a post-incubation period cells were prepared for the micronucleus test. Besides untreated controls and sham expositions also positive controls were 7. Summary 109 performed. No induction of DNA damage, neither as strand breaks nor as micronucleus frequency elevation, was observed. Because it was known that under certain experimental conditions mitotic disturbances but not micronucleus formation occur after exposition to mobile phone radiation, these mitotic disturbances were analyzed after terahertz exposition. AL cells were exposed for 30 minutes with 0.106 THz and fixed directly after the exposition. All phases of mitosis were analyzed, but it turned out that primarily ana- and telophase were affected. These disturbances increased with increasing power density. All in all, no DNA damage could be observed under the applied experimental conditions. After exposition to 0.106 THz mitotic disturbances occurred in AL cells. The link between these mitotic disturbances and the DNA damage, particularly the micronucleus formation, could not be resolved completely and remains subject of further investigations.
KW  - Mutagenität
KW  - Nichtionisierende Strahlung
KW  - Terahertzbereich
KW  - Mobiles Endgerät
KW  - Gentoxizität
KW  - Nichtionisierende Strahlung
KW  - Terahertzstrahlung
KW  - Mobilfunkstrahlung
KW  - Angewandte Toxikologie
KW  - genotoxicity
KW  - non-ionizing radiation
KW  - terahertz radiation
KW  - mobil phone radiation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57684
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bellwon, Patricia
T1  - Kinetic assessment by in vitro approaches - A contribution to reduce animals in toxicity testing
T1  - Evaluierung der Kinetik anhand von in vitro Systemen - Ein Beitrag um die Anzahl von Tierversuchen zur Toxizitätsprüfung zu reduzieren
N2  - The adoption of directives and regulations by the EU requires the development of alternative testing strategies as opposed to animal testing for risk assessment of xenobiotics. Additionally, high attrition rates of drugs late in the discovery phase demand improvement of current test batteries applied in the preclinical phase within the pharmaceutical area. These issues were taken up by the EU founded 7th Framework Program “Predict-IV”; with the overall goal to improve the predictability of safety of an investigational product, after repeated exposure, by integration of “omics” technologies applied on well established in vitro approaches. Three major target organs for drug-induced toxicity were in focus: liver, kidney and central nervous system. To relate obtained dynamic data with the in vivo situation, kinetics of the test compounds have to be evaluated and extrapolated by physiologically based pharmacokinetic modeling. 
This thesis assessed in vitro kinetics of the selected test compounds (cyclosporine A, adefovir dipivoxil and cisplatinum) regarding their reliability and relevance to respective in vivo pharmacokinetics. Cells were exposed daily or every other day to the test compounds at two concentration levels (toxic and non-toxic) for up to 14 days. Concentrations of the test compounds or their major biotransformation products were determined by LC-MS/MS or ICP-MS in vehicle, media, cells and plastic adsorption samples generated at five different time-points on the first and the last treatment day. 
Cyclosporine A bioaccumulation was evident in primary rat hepatocytes (PRH) at the high concentration, while efficient biotransformation mediated by CYP3A4 and CYP3A5 was determined in primary human hepatocytes (PHH) and HepaRG cells. The lower biotransformation in PRH is in accordance with observation made in vivo with the rat being a poor model for CYP3A biotransformation. Further, inter-assay variability was noticed in PHH caused by biological variability in CYP3A4 and CYP3A5 activity in human donors. The inter-assay variability observed for PRH and HepaRG cells was a result of differences between vehicles regarding their cyclosporine A content. Cyclosporine A biotransformation was more prominent in HepaRG cells due to stable and high CYP3A4 and CYP3A5 activity. In addition, in vitro clearances were calculated and scaled to in vivo. All scaled in vitro clearances were overestimated (PRH: 10-fold, PHH: 2-fold, HepaRG cells: 2-fold). These results should be proven by physiologically-based pharmacokinetic modeling and additional experiments, in order to verify that these overestimations are constant for each system and subsequently can be diminished by implementation of further scaling factors. 
Brain cell cultures, primary neuronal culture of mouse cortex cells and primary aggregating rat brain cells, revealed fast achieved steady state levels of cyclosporine A. This indicates a chemical distribution of cyclosporine A between the aqueous and organic phases and only minor involvement of biological processes such as active transport and biotransformation. Hence, cyclosporine A uptake into cells is presumably transport mediated, supported by findings of transporter experiments performed on a parallel artificial membrane and Caco-2 cells. Plastic adsorption of cyclosporine A was significant, but different for each model, and should be considered by physiologically based pharmacokinetic modeling. 
Kinetics of adefovir dipivoxil highlights the limits of in vitro approaches. Active transporters are required for adefovir uptake, but were not functional in RPTECT/TERT1. Therefore, adefovir uptake was limited to passive diffusion of adefovir dipivoxil, which itself degrades time-dependently under culture conditions. 
Cisplatinum kinetics, studied in RPTEC/TERT1 cells, indicated intracellular enrichment of platinum, while significant bioaccumulation was not noted. This could be due to cisplatinum not reaching steady state levels within 14 days repeated exposure. As shown in vivo, active transport occurred from the basolateral to apical side, but with lower velocity. Hence, obtained data need to be modeled to estimate cellular processes, which can be scaled and compared to in vivo.
Repeated daily exposure to two different drug concentrations makes it possible to account for bioaccumulation at toxic concentrations or biotransformation/extrusion at non-toxic concentrations. Potential errors leading to misinterpretation of data were reduced by analyses of the vehicles as the applied drug concentrations do not necessarily correspond to the nominal concentrations. Finally, analyses of separate compartments (medium, cells, plastic) give insights into a compound’s distribution, reduce misprediction of cellular processes, e.g. biotransformation, and help to interpret kinetic data. On the other hand, the limits of in vitro approaches have also been pointed out. For correct extrapolation to in vivo, it is essential that the studied in vitro system exhibits the functionality of proteins, which play a key role in the specific drug induced toxicity. Considering the benefits and limitations, it is worth to validate this long-term treatment experimental set-up and expand it on co-culture systems and on organs-on-chips with regard to alternative toxicity testing strategies for repeated dose toxicity studies.
N2  - Die Erlassung von Richtlinien und Verordnungen durch die EU führte zu der Entwicklung von alternativen Testmethoden als Ersatz von Tierversuchen zur Risikobewertung von Xenobiotika. Des Weiteren weisen hohe Ausfallraten von Arzneimitteln in der späten Entwicklungsphase auf die Notwendigkeit hin, die bisher verwendeten Testmethoden der präklinischen Phase zu verbessern. Diese Punkte wurden in dem im siebten Rahmenprogramm der EU finanzierten Projekt „Predict-IV“ aufgegriffen. Ziel des Projektes war es, die Vorhersage der Arzneimittelsicherheit durch integrierte „omics“-Technologien, angewendet an etablierten in vitro Ansätzen, zu verbessern. Dabei standen drei Zielorgane bzgl. Arzneimittel-induzierter Organtoxizität im Mittelpunkt: Leber, Niere und zentrales Nervensystem, die jeweils durch Zelllinien oder primäre Zellen vertreten waren. Um die in vitro generierten Dynamik-Daten mit der in vivo Situation in Korrelation zu bringen, muss die Kinetik der Testsubstanz berücksichtigt und die Ergebnisse mit Hilfe von physiologisch-basierter pharmakokinetischer Modellierung extrapoliert werden. 
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Kinetik-Daten der gewählten Testsubstanzen (Cyclosporin A, Adefovir dipivoxil und Cisplatin) in vitro zu erheben und bzgl. ihrer Zuverlässigkeit sowie ihrer Relevanz verglichen mit in vivo Daten zu beurteilen. Hierfür wurden kultivierte Zellen täglich bzw. jeden zweiten Tag für zwei Wochen mit zwei verschiedenen Konzentrationen (toxisch und nicht toxisch) des Arzneimittels behandelt. Der Gehalt des applizierten Arzneimittels oder die Hauptmetaboliten wurden mittels LC MS/MS oder ICP-MS in Vehikel, Medium und Zellen sowie die vom Plastik adsorbierte Menge in Proben bestimmt, die am ersten und letzten Behandlungstag zu fünf unterschiedlichen Zeitpunkten gewonnen wurden.
Eine eindeutige Bioakkumulation von Cyclosporin A wurde in primären Rattenhepatozyten nach Behandlung mit der hohen Konzentration festgestellt. Eine effiziente CYP3A4- und CYP3A5-vermittelte Biotransformation von Cyclosporin A wurde für primäre humane Hepatozyten sowie HepaRG Zellen beobachtet. Diese Ergebnisse stimmten mit der in vivo Situation überein. Ratten sind aufgrund ihrer geringen CYP3A Aktivität schlechte Tiermodelle für CYP3A-Biotransformationsstudien. Des Weiteren wurden Interassay-Schwankungen bei primären human Hepatozyten bemerkt, die auf die biologische Variabilität der CYP3A4- sowie CYP3A5-Aktivität zwischen den menschlichen Spendern zurückzuführen sind. Rattenhepatozyten und HepaRG Zellen hingegen wiesen Interassay-Schwankungen auf, die durch unterschiedliche Cyclosporin A Behandlungskonzentrationen zwischen den Replikaten verursacht wurden. Die Cyclosporin A Biotransformation war in HepaRG Zellen am stärksten ausgeprägt, was durch stabile und wesentlich höhere CYP3A4- und CYP3A5-Aktivität in HepaRG Zellen zu erklären ist. Zusätzlich wurden die in vitro Clearance-Werte bestimmt und auf in vivo Clearance-Werte extrapoliert. Alle extrapolierten Werte waren zu hoch geschätzt (primäre Rattenhepatozyten: 10fach, primäre human Hepatpzyten: 2fach, HepaRG Zellen: 2fach). Diese Ergebnisse sollten mittels physiologisch-basierter pharmakokinetischer Modellierung sowie durch weitere Experimente überprüft werden, um zu ermitteln, ob diese hohen Schätzungen für jedes System konstant sind und somit durch die Einführung von weiteren Skalierungsfaktoren verringert werden können.
Kultivierte Gehirnzellen, primäre Nervenzellkulturen der Kortex von Mäusen und primäre Hirnzellaggregate der Ratte, zeigten schnell erreichte Cyclosporin A Gleichgewichtskonzentrationen. Diese Ergebnisse deuteten auf eine Verteilung von Cyclosporin A zwischen der wässrigen und organischen Phase hin, wobei biologische Prozesse nur eine untergeordnete Rolle spielen. Daher scheint die intrazelluläre Cyclosporin A Aufnahme Transporter-vermittelt zu sein. Ergebnisse der Transporter Experimente, die an einer künstlichen Membran und Caco-2 Zellen durchgeführt wurden, unterstützten diese Hypothese. Messungen der Plastikbindung von Cyclosporin A zeigten signifikante, aber für jedes Zellsystem unterschiedliche, Adsorptionsraten, die mittels physiologisch-basierter pharmakokinetischer Modellierung berücksichtigt werden sollten. 
Die Kinetik von Adefovir dipivoxil machte auf die Nachteile von in vitro Versuchen aufmerksam. Für die intrazelluläre Aufnahme von Adefovir sind aktive Transportproteine nötig, die jedoch in der Nierenzelllinie RPTEC/TERT1 nicht funktionell vorhanden sind. Daher war die Aufnahme von Adefovir auf die passive Diffusion von Adefovir dipivoxil beschränkt, das aber auch zeitabhängig unter den experimentellen Konditionen zerfiel. 
Die an RPTEC/TERT1 Zellen untersuchte Kinetik von Cisplatin deutete auf eine intrazelluläre Platin-Anreicherung hin, die jedoch nicht in einer signifikanten Bioakkumulation resultierte. Möglicherweise sind innerhalb von 14 Tagen die Gleichgewichtskonzentrationen von Cisplatin noch nicht erreicht. Die Kinetikprofile von Cisplatin in Medium ließen einen aktiven, von der basolateralen zur apikalen Seite gerichteten Cisplatin Transport erkennen, wie schon in vivo beschrieben, wobei die Geschwindigkeit dieser Transportprozesse in vitro langsamer zu sein scheint als in der intakte Niere. Daher müssen die generierten Daten zur Schätzung von zellulären Prozessen modelliert werden, um durch anschließende Extrapolation mit in vivo Daten verglichen werden zu können.
Abschließend bleibt zu sagen, dass das experimentelle Design vorteilhaft war. Wiederholte tägliche Administration von zwei unterschiedlichen Konzentrationen eines Medikaments ermöglichte die Erfassung von Bioakkumulation bei toxischen Konzentrationen sowie Biotransformation/Export bei nicht-toxischen Konzentrationen. Potenzielle Fehler, die zu einer Fehlinterpretation führen könnten, wurden durch die exakte Bestimmung der tatsächlich applizierten Arzneimittelmenge reduziert, da nicht immer die applizierte Konzentration mit der Nominalkonzentration übereinstimmt. Darüber hinaus erwies es sich als Vorteil, die Arzneimittelkonzentrationen in den einzelnen Kompartimenten (Medium, Zellen und Plastik) zu bestimmen. Somit konnten zum einen Erkenntnisse über die Verteilung der Substanz gewonnen werden und zum anderen Fehleinschätzungen von zellulären Prozessen, z.B. Biotransformation, verhindert werden, was letzten Endes bei die Interpretation von Kinetik-Daten behilflich ist. Jedoch, wurden auch die Grenzen von in vitro Ansätzen deutlich. Für eine korrekte Extrapolation ist es unverzichtbar, dass die untersuchten in vitro Systeme funktionierende Proteine aufweisen, die bei der untersuchten Arzneimittel-induzierten Toxizität eine Schlüsselrolle übernehmen. Abschließend kann festgehalten werden, dass es, unter Berücksichtigung der Vor- und Nachteile, von Nutzen sein kann diesen Versuchsansatz der Langzeitbehandlung zu validieren und darüber hinaus auf Co Kultursysteme sowie Organ-Chips anzuwenden hinsichtlich der Entwicklung von Alternativmethoden für Toxizitätsstudien bei wiederholter Gabe.
KW  - cell culture
KW  - pharmacokinetics
KW  - repeated dose
KW  - in vitro
KW  - toxicity testing
KW  - Zellkultur
KW  - In vitro
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Toxizitätstest
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122693
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Wen
A1  - Gaßner, Birgit
A1  - Börner, Sebastian
A1  - Nikolaev, Viacheslav O.
A1  - Schlegel, Nicolas
A1  - Waschke, Jens
A1  - Steinbronn, Nadine
A1  - Strasser, Ruth
A1  - Kuhn, Michaela
T1  - Atrial natriuretic peptide enhances microvascular albumin permeability by the caveolae-mediated transcellular pathway
JF  - Cardiovascular Research
N2  - Aims 
Cardiac atrial natriuretic peptide (ANP) participates in the maintenance of arterial blood pressure and intravascular volume homeostasis. The hypovolaemic effects of ANP result from coordinated actions in the kidney and systemic microcirculation. Hence, ANP, via its guanylyl cyclase-A (GC-A) receptor and intracellular cyclic GMP as second messenger, stimulates endothelial albumin permeability. Ultimately, this leads to a shift of plasma fluid into interstitial pools. Here we studied the role of caveolae-mediated transendothelial albumin transport in the hyperpermeability effects of ANP.
Methods and results 
Intravital microscopy studies of the mouse cremaster microcirculation showed that ANP stimulates the extravasation of fluorescent albumin from post-capillary venules and causes arteriolar vasodilatation. The hyperpermeability effect was prevented in mice with conditional, endothelial deletion of GC-A (EC GC-A KO) or with deleted caveolin-1 (cav-1), the caveolae scaffold protein. In contrast, the vasodilating effect was preserved. Concomitantly, the acute hypovolaemic action of ANP was abolished in EC GC-A KO and Cav-1−/− mice. In cultured microvascular rat fat pad and mouse lung endothelial cells, ANP stimulated uptake and transendothelial transport of fluorescent albumin without altering endothelial electrical resistance. The stimulatory effect on albumin uptake was prevented in GC-A- or cav-1-deficient pulmonary endothelia. Finally, preparation of caveolin-enriched lipid rafts from mouse lung and western blotting showed that GC-A and cGMP-dependent protein kinase I partly co-localize with Cav-1 in caveolae microdomains.
Conclusion 
ANP enhances transendothelial caveolae-mediated albumin transport via its GC-A receptor. This ANP-mediated cross-talk between the heart and the microcirculation is critically involved in the regulation of intravascular volume.
KW  - caveolin-1
KW  - microvessel permeability
KW  - atrial natriuretic peptide
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-126562
N1  - Lizenzhinweis: The online version of this article has been published under an open access model. Users are entitled to use, reproduce, disseminate, or display the open access version of this article for noncommercial purposes provided that the original authorship is properly and fully attributed; the Journal, Learned Society and Oxford University Press are attributed as the original place of publication with correct citation details given; if an article is subsequently reproduced or disseminated not in its entirety but only in part or as a derivative work this must be clearly indicated.
VL  - 93
IS  - 1
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zink [geb. Sondergeld], Thomas Gerd
T1  - Der Cofilin-Signalweg im Glioblastoma multiforme - Ursachen für den Verlust von Chronophin und Einfluss von LIM-Kinase-Inhibitoren
T1  - The cofilin pathway in glioblastoma multiforme - Reasons for chronophin loss and effect of LIM-kinase inhibitors
N2  - Das invasive Potential maligner Gliome beeinflusst maßgeblich die schlechte Prognose dieser Tumorentität. Migration und Invasion von Tumorzellen werden entscheidend durch die Cofilin-vermittelte Umstrukturierung des Aktin-Zytoskeletts geprägt, die durch die Aktivität antagonistischer Cofilin-Kinasen und -Phosphatasen reguliert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte ein progressiver Expressionsverlust der Cofilin-Phosphatase Chronophin mit ansteigendem Malignitätsgrad astrozytärer Gliome aufgezeigt werden, der mit einer Zunahme der Phosphorylierung von Cofilin einhergeht. In den entsprechenden Gewebeproben gelang gleichzeitig der Nachweis einer gesteigerten Expression der Cofilin-Kinase LIMK-2.

Genetische und epigenetische Analysen des Chronophin-Locus konnten eine Hypermethylierung im Bereich der Promotorregion der Phosphatase identifizieren, die möglicherweise dem Verlust von Chronophin in Glioblastom-Gewebeproben zugrunde liegt. 
In Glioblastom-Zelllinien, die unterschiedliche Expressionsmuster von Chronophin aufwiesen, konnten hingegen keine molekularen Alterationen festgestellt werden. 

Untersuchungen des Einflusses von ROCK- und LIMK-Inhibitoren auf Glioblastomzellen konnten ausgeprägte Veränderungen der Zellmorphologie dokumentieren, wobei erstmals die Induktion eines stellate cell-Phänotyps unter Einfluss des LIMK-Inhibitors BMS-5 beschrieben wird. Während ROCK- und LIMK-Inhibitoren keinen Einfluss auf die 2D-Motilität der Tumorzellen hatten, wiesen die Glioblastomzellen in Abhängigkeit ihrer basalen Cofilin-Aktivität eine verstärkte bzw. verminderte 3D-Invasivität auf. 

Die Erkenntnisse dieser Arbeit unterstreichen die Bedeutung des Cofilin-Signalweges für die Migration und Invasion von Gliomzellen, zeigen neue Angriffspunkte in der Therapie maligner Gliome auf und warnen zugleich vor einem unkritischen Einsatz neuer Wirkstoffe.
N2  - The invasive potential of malignant gliomas is the main reason for the dismal prognosis of this tumor entity. Migration and invasion of tumor cells is crucially determined by the cofilin dependent reorganization of the actin cytoskeleton regulated by the activity of antagonistic cofilin kinases and phosphatases.

This study revealed a progressive loss of expression of the cofilin phosphatase chronophin with increasing malignancy grade of astrocytic glioma, accompanied by an increase of cofilin phosphorylation. Moreover, the analyzed glioma specimens were characterized by a simultaneous increase of expression of the cofilin kinase LIMK-2.

Integrated genetic and epigenetic analysis of the chronophin locus identified an aberrant promoter methylation as a possible mechanism leading to chronophin down-regulation in glioblastoma tissue samples. In contrast, molecular alterations of the chronophin locus were undetectable in glioblastoma cell lines characterized by different chronophin expression levels.       

Analysis of glioblastoma cells demonstrated striking effects of ROCK and LIMK inhibitors on cell morphology, providing first evidence of the induction of a stellate cell-phenotype by the LIMK inhibitor BMS-5. While ROCK and LIMK inhibitors had no detectable effect on the 2D motility of the tumor cells, the inhibitors increased or decreased the 3D-invasiveness of the glioma cells depending on their basal cofilin activity.

The findings of this study stress the importance of the cofilin signaling pathway as a key regulator of glioma migration and invasion, indicate novel targets for glioma therapy, but also warn against a noncritical use of new drugs.
KW  - Cofilin
KW  - Glioblastom
KW  - Chronophin
KW  - Actin
KW  - Rho-Proteine
KW  - PDXP
KW  - LIMK
KW  - BMS-5
KW  - Signalkette
KW  - Rho-GTPasen
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127065
ER  -