A novel water-soluble and cell-permeable calpain inhibitor protects myocardial and mitochondrial function in postischemic reperfusion

In der vorliegenden Studie wurde der Einfluß des selektiven Cal-paininhibitors A-705239 auf das myokardiale Reperfusionssyndrom nach 45-minütiger Globalischämie am Modell des isoliert perfundierten Kaninchenherzens nach Langendorff untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde A-705239 in den Konzentrationen von 10-8 bis 10-6 mol/l präischämisch dem Perfusat zugegeben und es wurden die myokardiale Funktion und die zelluläre Integrität der einzelnen Therapiegruppen während der Reperfusionsphase von 60 Minuten mit einer unbehandelten Kontrollgruppe verglichen. Als Messgrößen dienten hierbei kardiodynamische (links-ventrikuläre auxotone Kontraktionsamplitude, koronarer Gefäßwiderstand, Herzfrequenz) sowie laborchemische Parameter (Enzymaktivitäten der Kreatinkinase und Laktatdehydrogenase im koronaren Effluvium). Es konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von A-705239 in einer Konzentration von 10-8 mol/l postischämisch zu einer höheren Überlebensrate und funktionellen Verbesserung führt. Im Ver-gleich zur Kontrollgruppe ergab sich eine signifikant höhere links-ventrikuläre Druckamplitude, ein signifikant niedrigerer Koronar-widerstand und eine geringere Freisetzung der LDH und CK. Da-her kann geschlussfolgert werden, dass der präischämische Einsatz von A-705239 in einer Konzentration von 10-8 mol/l protektive Ef-fekte aufweist bezüglich der durch Ischämie und Reperfusion be-wirkten kardiomyozytären Schädigung im Modell des normotherm isoliert perfundierten Kaninchenherzens. Aufgrund auffallend schlechterer Resultate bei der Anwendung von A-705239 in einer Konzentration von 10-6 mol/l wurden im zweiten Teil der Arbeit, hinsichtlich einer etwaigen negativen Auswirkung der Substanz in jener Konzentration, Versuche ohne Ischämiephase durchgeführt. Hier konnten weder funktionelle noch laborchemische Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen mit den Konzentrationen 10-8, 10-6 mol/l und der Kontrollgruppe auf-gezeigt werden. Im dritten Teil der Arbeit wurde der Einfluß von A-705239 in der Konzentration von 10-8 mol/l auf die mitochondriale Dysfunktion nach 45-minütiger Ischämie und anschließender Reperfusionphase anhand oxymetrischer Analysen von Herzmuskelhomogenaten un-tersucht; hierzu wurden präischämisch, postischämisch und nach der Reperfusionsphase Biopsien aus dem linken Ventrikel gewon-nen, speziell präpariert und der oxymetrischen Analyse zugeführt. Hierbei zeigte sich eine signifikant niedrigere Abnahme der mito-chondrialen state-3-Respiration postischämisch in der inhibitorbehandelten Gruppe, einhergehend mit einem deutlich reduzierten Schaden der oxydativen Phosphorylierung. Ferner wurde die postischämische leak-Atmung vermindert und somit die Permeabilität der inneren Mitochondrienmembran durch den Einsatz des Inhibi-tors vermindert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die beobachteten protektiven Effekte eines Calpaininhibitors auf das Reperfusions-syndrom von klinischer Relevanz sein könnten und sich hierfür die weitere pharmakologische Testung von A-705239 aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften anbietet.In this study the effects of the novel calpain inhibitor A-705239 on myocardial reperfusion injury were investigated in isolated rabbit hearts subjected to 45 min of global ischemia and 60 min of reperfusion according to the model of Langendorff. A-705239 was administerd prior to ischemia in three concentration (10-6 M to 10-8 M) to the perfusate-compound and myocardial func-tion and cellular integrity in these three treated groups during the time of reperfusion were compared with a non-treated control group. Myocardial function was measured by left ventricular pres-sure amplitude, coronary flow and heart rate, cell integrity by the activities of creatine kinase and lactate dehydrogenase in the coro-nary effluence. We showed that A-705239 given prior to a global ischemia in the concentation of 10-8M leads to significantly higher left ventricular pressures and coronary flow values, lower levels of the release of lactatedehydrogenase and creatine kinase and to an increased sur-vival rates after global ischemia compared to the control the other groups (10-6 and 10-7M). Thus we conclude that the administration of A-705239 prior to ischemia in a 10-8M concentration plays a protective role in the functional and cellular damage caused by ischemia and reperfusion. Due to obvious worse values in the 10-6M group, we compared this group with a 10-8M and a control group without the induction of ischemia and have not found any differences between these groups. To elucidate the possibly protective effect of A-705239 further, mitochondrial function was measured before and after the ischemia and after reperfusion. According to the prior results mitochondrial dysfunction following ischemia and reperfusion was also markedly attenuated by the inhibitor in a concentration of 10-8M. Thus state-3-respiration only decreased to 4.2 in contrast to 2.6 nmol O2/(min x mg s.w.) in untreated hearts, reflecting a reduced damage of oxi-dative phosphorylation. Furthermore, in the presence of the inhibitor the inner mitochondrial membrane became less permeable as indicated by a smaller leak respiration. Summarized we can say that the excellent properties of A-705239 should make this compound a valuable tool for further pharmacological studies in coherence with cell damage due to ischemia and reperfusion