Evaluation of transport of antiepileptic drugs by efflux transporters (multidrug transporters) of the blood-brain barrier

Epilepsie ist eine der bedeutendsten Krankheiten des Zentralnervensystems, die ca. 50 Millionen Menschen weltweit beeinträchtigt. Die pharmakologische Behandlung gilt als die erste Wahl zur Therapie epileptischer Patienten. Allerdings erweisen sich ca. ein Drittel der Patienten als resistent gegenüber den momentan verfügbaren Antiepileptika. Eine Hypothese, die schon intensiv untersucht wurde, ist die so genannte Multidrug-Transporter-Hypothese. So konnte eine Überexpression von Vertretern der ATP-binding-Cassette (ABC) Transporterproteine, wie zum Beispiel von P-Glycoprotein und von Mitgliedern der Multidrug-resistance-associated Proteine (MRPs), im epileptogenen Fokus von pharmakoresistenten humanen Patienten und in Tiermodellen der Temporallappenepilepsie, sowie bei Tieren, die nicht auf medikamentöse Behandlung ansprachen, nachgewiesen werden. Obgleich die Bedeutung dieses Phänomens nicht vollständig geklärt ist, wurde in Tiermodellen für Epilepsie an der Ratte gezeigt, dass diese Transporterproteine die Konzentration von Antiepileptika in den epileptogenen Hirnregionen verringerten. Die Hemmung der Transporter resultierte in einer wiederhergestellten Ansprechbarkeit der zuvor pharmakoresistenten Ratten gegenüber den Substanzen. Dies deutet darauf hin, dass Transporter eine wichtige Rolle für den Auswärtsstrom von Substanzen aus dem Hirngewebe ins Blut spielen und die Konzentration von Antiepileptika am Ort ihrer Wirkung vermindern. Allerdings ist die Bedeutung der ABC-Transporter-Überexpression bei epileptischen Patienten noch nicht geklärt. Daher war es unser Ziel, in vitro zu untersuchen, ob einige humane ABC-Transporter, wie P-Glycoprotein, MRP1, MRP2 und MRP5, Antiepileptika transportieren. Zunächst etablierten wir eine modifizierte Version des weit verbreiteten Transwell-Assays und zeigten deren Anwendbarkeit für Substanz-Transport-Experimente. Mit Hilfe dieses Models konnten wir nachweisen, dass die Antiepileptika Topiramat, Phenytoin, Phenobarbital, Lamotrigin und Levetiracetam Substrate von humanem P-Glycoprotein, aber nicht von MRP1, MRP2 oder MRP5 sind. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass die Überexpression von Pgp an der lumenwärts gerichteten Endothelienmembran der Blut-Hirn-Schranke für den erhöhten Substanzefflux im Gehirn epileptischer Patienten verantwortlich sein kann. In Gegensatz dazu scheinen Carbamazepin und Valproinsäure nicht zu den Substraten von P-Glycoprotein zu zählen. Auf der anderen Seite sollten weitere Untersuchungen zu den MRP-Transportern durchgeführt werden, bevor die genannten Antiepileptika als MRP-Substrate verworfen werden, denn die Versuche zur Bestimmung des Transports durch MRPs wurden mit MDCK II Zellen durchgeführt, die eine hohe parazelluläre und transzelluläre Permeabilität aufweisen. Experimente mit Transporter-Hemmstoffen in LLC-PK1 Zellen zeigten, dass Valproinsäure ein Substrat für endogene MRPs ist, aber möglicherweise nicht für humane MRP1, MRP2 oder MRP5. Ausserdem konnten Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke mit humanem MDR1 erfolgreich transfiziert werden, so dass sie funktionelles Pgp exprimierten. Uptake-Experimente mit GPNT und RBE4 Zellen bestätigten den Transport von Phenytoin durch P-Glycoprotein. Allerdings sollte eine weitergehende Standardisierung dieser Modelle durchgeführt werden, um sie zur Untersuchung anderer Antiepileptika anzuwenden.