Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

In-vitro-Aktivität der Cyclooctadepsipeptide Emodepsid und PF1022A im Vergleich zu Ivermectin und Levamisol bei gastrointestinalen Nematoden

Schürmann, Sandra

Resistance to anthelmintics is a common problem in human populations, livestock and other domestic animals. PF1022A and its semisynthetic derivate emodepside belong to the new class of cyclooctadepsipeptides (COD) with antiparasitic activity. The mode of action is still not fully understood, but intensive investigations are underway. Studies using A. suum and the free-living nematode C. elegans indicate that emodepside interacts with a presynaptic latrophilin-like receptor to release neuronal transmitters. The signaling pathway involves activation of a G-protein-cascade. The released neurotransmitters act postsynaptically to modify pharyngeal and somatic body wall muscle activity. The effects of COD on juvenile parasitic stages such as eggs and larvae have not been investigated yet. Here, in vitro assays are employed to investigate the activity of COD against free-living stages of gastrointestinal nematodes alone and in comparison to other common anthelmintics. This thesis included the use of three different in vitro assays for testing the effects of emodepside on egg hatch, larval development and larval motility. The egg hatch assay (EHA) and the larval development assay (LDA) were carried out using stages of the sheep parasite Haemonchus contortus and cyathostomin nematodes of the horse. The larval motility inhibition test (LMIT) was performed with larval stages such as Cooperia oncophora, Ostertagia ostertagi, H. contortus, Ancylostoma caninum and cyathostomins. To comparatively assess the effects of CODs and other anthelmintics, levamisole (LEV) and ivermectin (IVM) were also investigated. The EHA revealed that no ovicidal effect of the COD could be oberserved even at the highest concentrations used for any species tested. The LDA showed the inhibitory activity of emodepside on larval development which differed only slightly between the sheep and the horse parasites (H. contortus 0.179 µM; small strongyles 0.190 µM). The concentrations needed to reach an EC50 for emodepside for H. contortus were around 78-390 fold higher than for IVM, where EC50 values where published by other authors. The potency of emodepside obtained for small strongyldes in comparison to other publications was 25 fold less than for IVM but 7-9 fold higher than for LEV. The LMIT demonstrated the inihibitory activity of emodepside on larval migration with similar EC50 values across all species tested. The most susceptible species was A. caninum, the least susceptible the sheep nematode H. contortus. For all drugs tested a clear order of potency could be observed: IVM was the most potent anthelmintic, LEV the least potent. With EC50 values of 2.25-8.28 µM, emodepside ranged between the two. In the present thesis the LDA and LMIT have been succesfully established to monitor the activity of emodepside. To date, the in vitro activity of this compound has only been tested with laboratory isolates. In the future it will be necessarry to study field populations in order to document the potency of emodepside.

Resistenzen gegenüber gebräuchlichen Anthelminthika führen weltweit zu erheblichen gesundheitlichen und wirtschaftlichen Schäden bei Mensch und Tier. PF1022A und sein semisynthetisches Derivat Emodepsid gehören der neuen Wirkstoffgruppe der Cyclooctadepsipeptide (COD) an. Der Wirkmechanismus ist bis dato noch nicht vollständig geklärt. Studien anhand des parasitischen Nematoden A. suum und des freilebenden Nematoden Caenorhabditis elegans zeigen, dass Emodepsid wahrscheinlich mit einem präsynaptischen Latrophilinrezeptor interagiert und infolge dessen Neurotransmitter freigesetzt werden. Über eine G-Protein-gekoppelte Wirkungskaskade wird schlussendlich eine Paralyse der pharyngealen und somatischen Muskulatur adulter Nematoden erzielt. Die Effekte der COD auf juvenile Parasitenstadien wie Eier und Larven sind noch nicht eingehend geprüft. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden In-vitro-Tests durchgeführt, um die Aktivität der Wirkstoffe auf freilebende Stadien von gastrointestinalen Nematoden zu untersuchen und gleichzeitig ihre Potenz mit der anderer Anthelminthika zu vergleichen. Diese Dissertation umfasste drei verschieden gestaltete In-vitro-Tests. Der Larvenschlupfhemmtest (LSHT) diente der Prüfung ovizider Eigenschaften von Emodepsid und PF1022A. Ein Larvenentwicklungshemmtest (LEHT) sollte Aufschluss über die entwicklungshemmende Aktivität von Emodepsid auf Eier und Larvenstadien geben. Beide Tests umfassten die Arten Haemonchus contortus des Schafes und die kleinen Strongyliden des Pferdes. Motilitätsbeeinflussende Eigenschaften der Wirkstoffe Levamisol (LEV), Ivermectin (IVM) und Emodepsid wurden mit Hilfe eines Larvenmigrationsinhibitionstests (LMIT) bei den Nematoden Cooperia oncophora, Ostertagia  ostertagi, H. contortus, Ancylostoma  caninum und den kleinen Strongyliden des Pferdes (KS) untersucht. Im LSHT waren bei beiden Isolaten und den getesteten Höchstkonzentrationen keine oviziden Effekte der COD zu beobachten. Der LEHT veranschaulichte die entwicklungshemmende Aktivität von Emodepsid, die zwischen beiden Nematodenisolaten nur wenig differierte (H. contortus 0,179 µM; KS 0,190 µM). Im Vergleich zu anderen Publikationen, die ED50-Werte für IVM dokumentierten, waren die für Emodepsid benötigten Konzentrationen für H. contortus 78-390-fach höher. Für KS wurde eine Potenz ermittelt, die vergleichend zu anderen Veröffentlichungen 25-fach geringer als IVM und 7-9-fach höher als die des LEV war. Der LMIT bestätigte motilitätsinhibierende Eigenschaften des Emodepsid. Die ED50-Werte lagen für alle getesteten Arten in einem ähnlichen Wirkungsbereich. Empfindlichste Spezies war das Hakenwurmisolat, am geringsten sensitiv reagierte der Schafparasit H. contortus. Im Wirkstoffvergleich kristallisierte sich eine deutliche Rangfolge heraus: IVM war durchweg das potenteste Anthelminthikum, LEV zeigte die geringste Potenz. Emodepsid lag mit ED50-Werten von 2,25-8,28 µM im Wirkungsbereich zwischen IVM und LEV. Im Rahmen dieser Doktorarbeit ist es gelungen, den LEHT und den LMIT zum Monitoring der Wirkung von Emodepsid zu etablieren. Bisher wurde die In-vitro-Aktivität des Wirkstoffes exemplarisch nur anhand von Laborstämmen geprüft. Zukünftig wird eine Untersuchung von Feldpopulationen nötig sein, um die Wirkungspotenz von Emodepsid zu dokumentieren.

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Schürmann, Sandra: In-vitro-Aktivität der Cyclooctadepsipeptide Emodepsid und PF1022A im Vergleich zu Ivermectin und Levamisol bei gastrointestinalen Nematoden. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

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