Prevention- and intervention studies in experimental stroke models in rats

In dieser kumulativen Habilitationsschrift werden insgesamt 6 Orginalarbeiten der Autorin zum Thema Präventions- und Interventionsstudien im experimentellen Schlaganfall der Ratte vorgestellt. In der ersten Interventionsstudie an Wistarratten, die einer Middle Cerebral Artery Occlusion (MCAO) unterworfen wurden, führte die systemische Vorbehandlung mit subantihypertensiven Dosen des ARB Candesartan zur Neuroprotektion nach fokaler zerebraler Ischämie assoziiert mit einer Aktivierung des Neurotrophin BDNF/TrkB Systems, während der ACE Hemmer Ramipril in subantihypertensiven Dosierungen diese Effekte nicht zeigte. Daraus kann gefolgert werden, dass Hypertoniker, die unter Langzeittherapie stehen in Bezug auf die Neuroprotektion von einem ARB besser profitieren als von einem ACE-Hermmer, was durch klinische Studien belegt ist (72.; 78.-80.). In einer weiteren Interventionsstudie an Wistarratten mit MCAO erwies sich die Kombinationstherapie aus Candesartan und Pioglitazone als gleichermaßen effektiv wie die jeweilige Monotherapie. Die Behandlung mit Candesartan, Pioglitazon und der Kombination beider Substanzen reduzierte den neurologischen Schaden 24 h und 48 h nach MCAO sowie das Infarktvolumen und die zerebrale Inflammation. Daraus kann man schließen, dass ein direkt synergistischer neuroprotektiver Effekt zwischen ARB und TZD unwahrscheinlich ist und Patienten mit Diabetes mellitus und oder metabolischem Syndrom, die einen Schlaganfall erleiden, von dieser Kombinationstherapie hinsichtlich einer Verbesserung der Schlaganfall-Symptomatik nicht profitieren. In der Präventionsstudie an SHR-SP zeigten sich Telmisartan, Ramipril und die Kombinationstherapie mit diesen beiden Substanzen nicht unterschiedlich hinsichtlich Schlaganfallinzidenz und neurologischer Schäden. Die Kombinationstherapie war der jeweiligen Monotherapie nicht überlegen, wobei jedoch niedrigere Dosierungen der Einzelsubstanzen in der Kombinationstherapie zum gleichen Erfolg führten. Andererseits waren Telmisartan und die Kombination aus Telmisartan und Ramipril in der Interventionsstudie an Wistarratten mit MCAO der Monotherapie mit Ramipril im Bezug auf die Neuroprotektion überlegen. In der Interventionsstudie mit doppelt transgenen Ratten, die das humane Renin und Angiotensinogen überexprimieren, zeigt ein direkter Vergleich zwischen dem ARB Candesartan und dem Renininhibitor Aliskiren in diesem Tiermodell gleich gute Ergebnisse in Bezug auf die Verbesserung der neurologischen Defizite nach Schlaganfall. Die Ergebnisse sind Blutdruck-unabhängig und sprechen für eine Neuroprotektion durch antiinflammatorische Wirkungen. Betrachtet man alle Ergebnisse der Studien, die in das RAS eingreifen, kann man schlussfolgern, dass in Bezug auf die Schlaganfallprävention eine erfolgreiche Blutdrucksenkung oberstes Ziel sein muss und die Substanzklassen hier gleichermaßen erfolgreich sind. Ist man aber unter Therapie als Risikopatient und erleidet einen Schlaganfall, dann ist das Gehirn möglicherweise unter ARB Behandlung bzw. Kombinationsbehandlung aus ARB und ACE besser geschützt als unter alleiniger Behandlung mit einem ACE-Hemmer. Die Kombinationstherapien aus TZD und ARB bzw. ACE und ARB erweisen sich gegenüber den Monotherapie mit ARB als nicht effizienter. Aliskiren ist in dem artifiziellen doppelttransgenen Rattenmodell dem ARB Candesartan als gleichwertig anzusehen. ARBs sind möglicherweise durch Ihre indirekten Wirkungen am AT2 Rezeptor den anderen Substanzklassen des RAS überlegen; dies wird bestätigt durch neueste Ergebnisse mit den neuen selektiven AT2 Agonisten Compound 21. In der Präventionsstudie in SHR-SP zeigt sich der kombinierte ECE/NEP Hemmer SLV338 als neuer therapeutischer Ansatz für die primäre Schlaganfallprävention, indem er die Schlaganfallinzidenz und signifikant die Mortalität senkte. Die Mechanismen sind offensichtlich blutdruckunabhängig und müssen in weiteren tierexperimentellen Studien untersucht werden. Schließlich führte in der Interventionsstudie an Wistar Ratten mit MCAO eine einmalige Nachbehandlung mit dem Antibiotikum Ceftriaxon zu einer massiven Reduktion der akuten Schlaganfallmortalität und zur Verbesserung des neurologischen Schadens. Es ist eine mögliche neue therapeutische Option zur Schlaganfallbehandlung. Ceftriaxon stimuliert das Neurotrophinsystem und die GLT1 Transporteraktivität, was in einem erhöhten Überleben der Neuronen in der Penumbra resultiert (188.). Ein derartiges Ergebnis, einer Schlaganfallbehandlung mit einem Antibiotikum ist im Tiermodell noch nicht gezeigt worden. Die Substanz ist klinisch geprüft und als Antibiotikum seit Jahren erfolgreich im Einsatz. Es wäre lohnenswert dieses Ergebnis in einer klinischen Studie an Schlaganfallpatienten zu verifizieren.This thesis comprises six original peer reviewed articles of the author about prevention- and intervention studies in experimental stroke models in rats. The first publication, which is an intervention study in Wistar rats, shows that systemic pretreatment with a RAS-blocking, but sub-hypotensive dose of Candesartan affords neuroprotection after middle cerebral artery occlusion (MCAO) with increased activity of the neurotrophin BDNF/TrkB system. Ramipril at sub-hypotensive or hypotensive, RAS-blocking doses showed no significant neuroprotective effect. These data suggest that patients under long term antihypertensive treatment may profit more from ARB´s than from ACE inhibitors with regard to neuroprotection. There is indeed evidence from clinical studies supporting this conclusion ( 72.; 78.-80.). The second intervention study compared single and combined treatment with Candesartan and/or Pioglitazone following transient focal ischemia in Wistar rats. Animals treated with Candesartan, Pioglitazone, or the combination of Candesartan and Pioglitazone had reduced neurological deficits 24 h and 48 h after MCAO, reduced infarct size and reduced cerebral inflammation. The combination of Candesartan plus Pioglitazone did not result in any added benefit with respect to neuroprotection and attenuation of inflammation after MCAO when compared to single application of the drugs. Therefore, we concluded that an additive or synergistic neuroprotective effect of combined treatment with an ARB and TZD is unlikely in patients as well. Prevention and Intervention studies with Telmisartan, Ramipril and their combination in different stroke models in hypertensive rats had similar beneficial effects on stroke incidence and neurological outcome, confirming blood pressure reduction as crucial measure for the prevention of stroke. In contrast, Telmisartan and Telmisartan plus Ramipril provided superior neuroprotection in comparison to Ramipril alone in normotensive rats with induced cerebral ischemia. Head to head comparison of the renin inhibitor Aliskiren and the ARB Candesartan suggested that treatment with Aliskiren before and during cerebral ischemia is at least as effective as Candesartan in double transgenic rats expressing human renin and angiotensinogen genes. The results were blood pressure independent and showed reduced cerebral inflammation. To summarise all above studies addressing the RAS, it looks like blood pressure reduction plays a key role in stroke prevention independent from drug class. However, with regard to neuroprotection patients at high risk may benefit more from therapy with an ARB or the combination of an ARB with an ACE inhibitor than with an ACE inhibitor alone. The combination therapies with an ARB and an ACE inhibitor or an ARB and a TZE are not superior to monotherapy with an ARB. Aliskiren in the artificial model of DTG rats is equally effective as the ARB Candesartan. Evidence arising from experimental and clinical studies for an involvement of the AT2 receptor in blood pressure independent beneficial effects of ARBs in stroke, which may be a reason for superiority of ARBs regarding neuroprotection, is supported by the results of recent experimental studies using the new selective AT2 agonist Compound 21. Reduced mortality in SHR-SP treated with combined endothelin converting enzyme/neutral endopeptidase inhibitiors indicates a new therapeutic approach for primary stroke prevention. The mechanism seems to be blood pressure-independent, but has to be further elucidated in future experimental studies. Finally the intervention study with the ß-lactam antibiotic, Ceftriaxone, revealed a significant reduction in acute stroke mortality in a single dose, post-stroke treatment regime in Wistar rats. Improved neurological performance and survival may be due to neuroprotection by activation of the glutamate transporter GLT1 and stimulation of neurotrophin synthesis resulting in an increased number of surviving neurons in the penumbra. Since ß-lactam antibiotics are a long- established and well tolerated class of drugs, the clinical relevance of these data for acute post-stroke treatment should be tested in humans in the near future. If Ceftriaxone should turn out to be as effective in humans as it was in our study, it might have the potential to become a novel, well tolerated, life saving, first-line therapeutic option in acute stroke