Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchung der Auswirkungen von Rapamycin auf die Leberregeneration und Neoangiogenese nach Teilleberresektion an der Ratte

Grothe, Uta Susanne

Background Investigation of the effect of rapamycin on liver regeneration and angiogenesis is of great clinical relevance because of its increasing clinical use as an immunosuppressant with anticancer effects, especially in view of the increasing use of partial liver transplants in cancer patients. Moreover, such a study might provide evidence of possible adverse effects on angiogenesis and liver regeneration after partial liver transplantation. Objective and hypothesis The objective of this study was to investigate the effects of rapamycin on liver regeneration and the formation of new blood vessels after liver resection. The working hypothesis adopted is that rapamycin delays liver regeneration and neoangiogenesis. The knowledge gained by this study should help to optimise the clinical use of rapamycin after reduced- size liver transplantation and liver resection, and to make such operations safer. Materials and methods A pilot study to ascertain the optimal blood level of the drug: 22 Lewis rats were divided into 6 experimental groups, which were given differing amounts of rapamycin over a period of 14 days. Biochemical indices of liver and kidney function were checked. In the main part of the study 2/3rds liver resections were performed in vivo in rats. There were 4 experimental groups each containing 7 rats assigned at random (Group I: sham operation with administration of vehicel only, Group II: sham operation with administration of rapamycin, Group III: liver resection group with administration of vehicle, Group IV: resection group with rapamycin administration). Regeneration of the liver was followed by intravital microscopy on successive days (D0, D1, D2, D3, D4, D7 and D14)(hepatocyte count, density of functioning sinusoids, Ito- cell count). Further parameters included survival rate, serum biochemistry to check liver function, and histology together with immunohistochemistry , by which we were able to demonstrate vascular endothelial growth factor (VEGF). Results Pilot study: Optimal serum level (5- 15 ng/ml) was reached at a daily rapamycin dose of 6/2 mg/kg body weight. Serum biochemistry showed no evidence of liver or kidney toxicity. Main study: the survival of the rats was not affected by rapamycin. After liver resection and rapamycin administration, intravital microscopy showed some delay in regeneration. Postoperatively the rats which underwent liver resection (Groups III and IV) showed impairment of liver function initially, and this continued until the second postoperative day. Histological examination showed no changes in Groups I or II. As compared with Group III , Group IV showed slightly increased dystrophic changes. Immunohistochemistry showed weaker and delayed expression of VEGF in Group IV as compared with Group III. Conclusion Within the first 14 days after partial resection of the liver, rapamycin delays liver regeneration and neoangiogenesis. By adapting the immunosuppressant schedule or by therapeutic stimulation of regeneration and new blood vessel formation, it might be possible to optimise the clinical use of rapamycin after reduced- size liver transplantation. This should bet the subject of further research, and the effects of rapamycin on previously damaged livers should also be investigated.

Hintergrund Die Untersuchung der Auswirkung von Rapamycin auf die Leberregeneration ist wegen der zunehmenden klinischen Verwendung als Immunsuppressivum mit antikanzerogenen Effekten von großer klinischer Relevanz, insbesondere in Anbetracht der zunehmenden Verwendung von Teillebertransplantaten bei Tumorpatienten. Darüber hinaus können eventuell Kenntnisse über mögliche negative Effekte bezüglich der Angiogenese und Leberregeneration nach Teillebertransplantation gewonnen werden. Ziel und Hypothese Ziel der Studie ist die Untersuchung der Auswirkungen von Rapamycin auf die Regeneration und Gefäßneubildung nach Leberresektion. Als Arbeitshypothese wird angenommen, dass Rapamycin die Leberregeneration und Neoangiogenese verzögert. Die Erkenntnisse dieser Studie sollen den klinischen Einsatz von Rapamycin nach größenreduzierter Lebertransplantation und Leberresektion optimieren und sicherer machen. Material und Methoden Pilotstudie zur Findung eines optimalen Wirkspiegels des Medikamentes im Blut: 22 Lewis- Ratten wurden in 6 Versuchsgruppen eingeteilt, denen unterschiedliche Mengen Rapamycin über einen Zeitraum von 14 Tagen verabreicht wurde. Leber- und Nierenwerte wurden kontrolliert. In der Hauptstudie erfolgten an einem in vivo Modell 2/3 Leberresektionen an der Ratte. Je 7 Versuchstiere wurden randomisiert in 4 Versuchsgruppen aufgeteilt (Gruppe I: Scheinoperationsgruppe mit Vehikelapplikation, Gruppe II: Scheinoperationsgruppe mit Rapamycinapplikation, Gruppe III: Leberresektionsgruppe mit Vehikelgabe, Gruppe IV: Resektionsgruppe mit Rapamycinapplikation). Die hepatische Regeneration wurde an unterschiedlichen Tagen (D0, D1, D2, D3, D4, D7 und D14) mit Hilfe der Intravitalmikroskopie beurteilt (Hepatozytenanzahl, funktionelle Sinusoiddichte, Ito- Zellen- Anzahl, Leberzellbalkenbreite). Weitere Untersuchungsparameter stellten die Überlebensrate, die Serumchemie zur Kontrolle der Leberfunktion, die Histologie sowie die Immunhistochemie dar, mit deren Hilfe der vascular endothelial growth factor (VEGF) nachgewiesen werden konnte. Ergebnisse Pilotstudie: Optimaler Serumwirkspiegel (5- 15 ng/ml) bei einer tägl. Rapamycin- Applikation von 6/2 mg/kg KG. Die Serumchemie zeigte keine Leber- bzw. Nierentoxizität. Hauptstudie: Das Überleben der Tier wurde durch Rapamycin nicht beeinflusst. Nach Resektion und Rapamycin- Applikation zeigte sich intravitalmikroskopisch eine Verzögerung der Regeneration. Postoperativ zeigten die resezierten Tiere (Gruppe III und IV) initial bis zum 2.postoperativen Tag eine beinträchtigte Leberfunktion. Die histologische Untersuchung ergab in den Gruppen I und II keine Veränderungen. Gruppe IV zeigte im Vergleich zu Gruppe III ggr. vermehrte dystrophische Veränderungen. Immunhistochemisch ergab sich in Gruppe IV im Vergleich zu Gruppe III eine schwächere sowie verzögerte Expression des VEGF. Schlussfolgerung Rapamycin verzögert innerhalb der ersten 14 Tage die Leberregeneration und Neoangiogenese nach Teilleberresektion. Durch Anpassung des Immunsuppressionsschemas oder therapeutische Stimulation der Regeneration und Gefäßneubildung wäre es möglich, den klinischen Einsatz von Rapamycin v.a. nach größenreduzierter Lebertransplantation zu optimieren. Dies sollte, ebenso wie die Untersuchung der Auswirkungen von Rapamycin an vorgeschädigten Lebern, Gegenstand weiterer Forschung sein.

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Grothe, Uta Susanne: Untersuchung der Auswirkungen von Rapamycin auf die Leberregeneration und Neoangiogenese nach Teilleberresektion an der Ratte. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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