Trombozytenprotektion und Entzündungshemmung an der extrakorporalen Zirkulation: Entwicklung eines Therapieansatzes für den Einsatz in der Herzchirurgie
Final Report Abstract
Extrakorporale Zirkulation (EKZ) und Hypothermie werden während vieler herzchirurgischer Operationen eingesetzt, um stabile Kreislaufverhältnisse und den Gasaustausch des Patienten zu gewährleisten. Jedoch führen der Kontakt von Patientenblut mit den Fremdoberflächen der EKZ, in der EKZ auftretende Scherkräfte sowie Hypothermie zu signifikanter Thrombozytenaktivierung und konsekutiver Thrombozytendysfunktion. Dies kann zu peri- und postoperativer Koagulopathie und Blutungskomplikationen sowie Thrombembolien führen. Hierdurch können Patienten erheblich gefährdet werden. Darüber hinaus vermitteln aktivierte Thrombozyten auch eine Leukozytenaktivierung, aus welcher postoperative systemische Inflammation und konsekutive Organdysfunktionen resultieren können. Interaktionen des Thrombozytenagonisten Adenosindiphosphat (ADP) mit seinen thrombozytären Rezeptoren P2Y12 und P2Y1 sowie die Aktivierung der thrombozytären Phosphoinositol-3-Kinase (PI3K) p110β sind entscheidend an thrombozytären Aktivierungsvorgängen beteiligt. Im Rahmen dieses Projektes wurden antithrombozytäre Therapieansätze zur Thrombozytenprotektion an der EKZ und während Hypothermie entwickelt und ihre Effektivität in der Prävention thrombozytärer und leukozytärer Aktivierungsvorgänge in ex vivo und in vivo EKZ-Modellen untersucht. In diesen Untersuchungen konnten insbesondere durch Blockade des thrombozytären P2Y12-Rezeptors EKZ- und Hypothermie-induzierte thrombozytäre Ausschüttung und Expression von Aktivierungsmarkern, Thrombozytenverlust sowie proinflammatorische Thrombozyten-Granulozyten Interaktionen im ex vivo EKZ Modell (modifizierter Chandler Loop) inhibiert werden. Weil sich jedoch hinsichtlich EKZ-induzierter Adhäsion von Thrombozyten an die EKZ-Schlauchoberflächen mittels P2Y12 Blockade kein ausreichender inhibitorischer Effekt erzielen ließ, wurden weitere ex vivo Experimente durchgeführt, bei denen P2Y12, P2Y1 sowie PI3K p110β Inhibitoren in Kombination appliziert wurden. Auf diese Weise ließ sich auch die Adhäsion von Thrombozyten an den EKZ- Oberflächen inhibieren und eine Reduktion thrombozytärer und leukozytärer Aktivierungsmechanismen während hypothermer EKZ ex vivo erzielen. Somit weisen diese Ergebnisse auf eine essentielle Rolle der thrombozytären ADP Rezeptoren und der PI3K p110β hin. Aufgrund des insgesamt vielversprechenden Effektes von P2Y12-Blockade während EKZ und der Verfügbarkeit eines kurzwirksamen P2Y12-Blockers (Cangrelor - t1/2 < 5 min) zur intravenösen (i.v.) Applikation wurde die Therapiestrategie der „kurzwirksamen P2Y12-Blockade während EKZ“ in einem Grosstier (Schwein) EKZ-Modell untersucht. Hierbei wurde Cangrelor während EKZ in vivo infundiert. Auf diese Weise wurde die durch hypotherme EKZ induzierte Aktivierung und Aggregationsfähigkeit der Thrombozyten inhibiert. Die Fibrinogenbindung an Thrombozyten als Maß für Thrombozytenaktivierung wurde mit einem im Rahmen dieses Projektes eigens zur Analyse porciner Thrombozyten entwickelten durchflusszytometrischen Assay gemessen. Die P2Y12-Blocker Applikation wurde zu Ende der EKZ gestoppt, was in einer raschen Rückkehr der Thrombozytenfunktion/-aggregationsfähigkeit resultierte. Eine derartige pharmakologische Strategie hat somit das Potential EKZ- und Hypothermie-induzierte Aktivierungsvorgänge und die post-EKZ auftretende Dysfunktion von Thrombozyten zu verhindern. Durch Applikation eines kurzwirksamen P2Y12-Blockers kann die Thrombozyteninhibition zufriedenstellend kontrolliert werden, womit durch antithrombozytäre Therapie induzierte Blutungskomplikationen vermieden werden können. Die erzielten Ergebnisse zeigen somit, dass mittels Thrombozyten-protektiver Therapieformen sowohl EKZ- und Hypothermie-induzierte Aktivierungsvorgänge als auch Thrombozytendysfunktion und proinflammatorische Leukozytenaktivierung erheblich gesenkt werden können. Der routinemäßige klinische Einsatz einer entsprechenden antithrombozytären Therapieform sollte angestrebt und im Rahmen einer klinischen Studie geprüft werden, um das Patientenoutcome nach Anwendung von EKZ und Hypothermie weiter zu verbessern.
Publications
- Berlin, 16.9.2010, Hauptstadtkongress der DGAI: Pharmakologische Protektion von Thrombozyten und Leukozyten während herzchirurgischer Eingriffe mit Einsatz der extrakorporalen Zirkulation: Sind ADP-Rezeptorblocker zur Prävention von Blutgerinnungsstörungen und systemischer Inflammation geeignet?
Andreas Straub
- Berlin, 12.9.2011, Hauptstadtkongress der DGAI: Kurzwirksame Blockade des thrombozytären ADP-Rezeptors P2Y12 während hypothermer extrakorporaler Zirkulation: Eine pharmakologische Strategie zum effektiven Schutz der Thrombozytenfunktion während herzchirurgischer Eingriffe
Andreas Straub
- Combined blockade of ADP receptors and PI3-kinase p110beta fully prevents platelet and leukocyte activation during hypothermic extracorporeal circulation. PLoS One 2012;7(6):e38455
Krajewski S, Kurz J, Geisler T, Peter K, Wendel HP, Straub A
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038455) - Düsseldorf, 30.11. - 2.12.2012 Herbsttreffen des wissenschaftlichen Arbeitskreises Kardioanästhesie der Deutschen Gesellschaft für Anästhesiologie und lntensivmedizin (DGAI): Kurzwirksame Blockade des thrombozytären ADP-Rezeptors P2Y12 während hypothermer extrakorporaler Zirkulation: Eine pharmakologische Strategie zum effektiven Schutz der Thrombozytenfunktion während herzchirurgischer Eingriffe [erster Preis des Poster Wettbewerbes]
Andreas Straub
- Flow cytometry analysis of porcine platelets: optimized methods for best results. Platelets 2012;23(5):386-94
Krajewski S, Kurz J, Wendel HP, Straub A
- Short-acting P2Y12 blockade to reduce platelet dysfunction and coagulopathy during experimental extracorporeal circulation and hypothermia. Br J Anaesth 2012;108(6):912-21
Krajewski S, Kurz J, Neumann B, Greiner TO, Stolz A, Balkau B, Peter K, Unertl K, Wendel HP, Straub A
(See online at https://doi.org/10.1093/bja/aer518)
