Therapeutisches drug monitoring bei antidepressiver Pharmakotherapie

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) umfasst die Messung von Medikamentenspiegeln im Blut und stellt die Ergebnisse in Zusammenhang mit dem klinischen Erscheinungsbild der Patienten. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut besser mit der Wirkung korrelieren als die Dosis. Dies gilt auch für Antidepressiva. Voraussetzung für eine Therapiesteuerung durch TDM ist die Verfügbarkeit valider Messmethoden im Labor und die korrekte Anwendung des Verfahrens in der Klinik. Ziel dieser Arbeit war es, den Einsatz von TDM für die Depressionsbehandlung zu analysieren und zu verbessern. Im ersten Schritt wurde für das neu zugelassene Antidepressivum Duloxetin eine hochleistungsflüssig-chromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert und an Patienten für TDM angewandt. Durch Analyse von 280 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Duloxetin-Konzentrationen von 60 bis 120 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Bezüglich seines Interaktionspotentials erwies sich Duloxetin im Vergleich zu anderen Antidepressiva als schwacher Inhibitor des Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyms 2D6. Es gab keinen Hinweis auf eine klinische Relevanz. Im zweiten Schritt sollte eine Methode entwickelt werden, mit der möglichst viele unterschiedliche Antidepressiva einschließlich deren Metaboliten messbar sind. Dazu wurde eine flüssigchromatographische Methode (HPLC) mit Ultraviolettspektroskopie (UV) entwickelt, mit der die quantitative Analyse von zehn antidepressiven und zusätzlich zwei antipsychotischen Substanzen innerhalb von 25 Minuten mit ausreichender Präzision und Richtigkeit (beide über 85%) und Sensitivität erlaubte. Durch Säulenschaltung war eine automatisierte Analyse von Blutplasma oder –serum möglich. Störende Matrixbestandteile konnten auf einer Vorsäule ohne vorherige Probenaufbereitung abgetrennt werden. Das kosten- und zeiteffektive Verfahren war eine deutliche Verbesserung für die Bewältigung von Proben im Laboralltag und damit für das TDM von Antidepressiva. Durch Analyse des klinischen Einsatzes von TDM wurden eine Reihe von Anwendungsfehlern identifiziert. Es wurde deshalb versucht, die klinische Anwendung des TDM von Antidepressiva durch die Umstellung von einer weitgehend händischen Dokumentation auf eine elektronische Bearbeitungsweise zu verbessern. Im Rahmen der Arbeit wurde untersucht, welchen Effekt man mit dieser Intervention erzielen konnte. Dazu wurde eine Labor-EDV eingeführt, mit der der Prozess vom Probeneingang bis zur Mitteilung der Messergebnisse auf die Stationen elektronisch erfolgte und die Anwendung von TDM vor und nach der Umstellung untersucht. Die Umstellung fand bei den behandelnden Ärzten gute Akzeptanz. Die Labor-EDV erlaubte eine kumulative Befundabfrage und eine Darstellung des Behandlungsverlaufs jedes einzelnen Patienten inklusive vorhergehender Klinikaufenthalte. Auf die Qualität der Anwendung von TDM hatte die Implementierung des Systems jedoch nur einen geringen Einfluss. Viele Anforderungen waren vor und nach der Einführung der EDV unverändert fehlerhaft, z.B. wurden häufig Messungen vor Erreichen des Steady State angefordert. Die Geschwindigkeit der Bearbeitung der Proben war im Vergleich zur vorher händischen Ausführung unverändert, ebenso die Qualität der Analysen bezüglich Richtigkeit und Präzision. Ausgesprochene Empfehlungen hinsichtlich der Dosierungsstrategie der angeforderten Substanzen wurden häufig nicht beachtet. Verkürzt wurde allerdings die mittlere Latenz, mit der eine Dosisanpassung nach Mitteilung des Laborbefundes erfolgte. Insgesamt ist es mit dieser Arbeit gelungen, einen Beitrag zur Verbesserung des Therapeutischen Drug Monitoring von Antidepressiva zu liefern. In der klinischen Anwendung sind allerdings Interventionen notwendig, um Anwendungsfehler beim TDM von Antidepressiva zu minimieren.

Interactions of inhaled nanoparticles with the alveolar-capillary barrier of the human respiratory tract

In dieser Arbeit wurden zytotoxische Effekte sowie die inflammatorische Reaktionen des distalen respiratorischen Traktes nach Nanopartikelexposition untersucht. Besondere Aufmerksamkeit lag auch auf der Untersuchung unterschiedlicher zellulärer Aufnahmewege von Nanopartikeln wie z.B. Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose oder auch Clathrin- und Caveolae-unabhängige Endozytose (mit möglicher Beteiligung von Flotillinen). Drei unterschiedliche Nanopartikel wurden hierbei gewählt: amorphes Silica (aSNP), Organosiloxan (AmorSil) und Poly(ethyleneimin) (PEI). Alle unterschiedlichen Materialien gewinnen zunehmend an Interesse für biomedizinische Forschungsrichtungen (drug and gene delivery). Insbesondere finden aSNPs auch in der Industrie vermehrt Anwendung, und stellen somit ein ernstzunehmendes Gesundheitsrisiko dar. Dieser wird dadurch zu einem begehrten Angriffsziel für pharmazeutische Verabreichungen von Medikamenten über Nanopartikel als Vehikel aber bietet zugleich auch eine Angriffsfläche für gesundheitsschädliche Nanomaterialien. Aus diesem Grund sollten die gesundheitsschädigenden Risiken, sowie das Schicksal von zellulär aufgenommenen NPs sorgfältig untersucht werden. In vivo Studien an der alveolaren-kapillaren Barriere sind recht umständlich. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit ein Kokulturmodel benutzt, dass die Alveolar-Kapillare Barrier in vivo nachstellt. Das Model besteht aus dem humanen Lungenepithelzelltyp (z.B. NCI H441) und einem humanen microvasculären Endothelzelltyp (z.B. ISO-HAS-1), die auf entgegengesetzten Seiten eines Transwell-Filters ausgesät werden und eine dichte Barriere ausbilden. Die NP Interaktion mit Zellen in Kokultur wurde mit denen in konventioneller Monokultur verglichen, in der Zellen 24h vor dem Experiment ausgesät werden. Diese Studie zeigt, dass nicht nur die polarisierte Eigenschaft der Zellen in Kokultur sondern auch die unmittelbare Nähe von Epithel und Endothelzelle ausschlaggebend für durch aSNPs verursachte Effekte ist. Im Hinblick auf inflammatorische Marker (sICAM, IL-6, IL8-Ausschüttung), reagiert die Kokultur auf aSNPs empfindlicher als die konventionelle Monokultur, wohingegen die Epithelzellen in der Kokultur auf zytotoxikologischer Ebene (LDH-Ausschüttung) unempfindlicher auf aSNPs reagierten als die Zellen in Monokultur. Aufnahmestudien haben gezeigt, dass die Epithelzellen in Kokultur entschieden weniger NPs aufnehmen. Somit zeigen die H441 in der Kokultur ähnliche epitheliale Eigenschaften einer schützenden Barriere, wie sie auch in vivo zu finden sind. Obwohl eine ausreichende Aufnahme von NPs in H441 in Kokultur erreicht werden konnte, konnte ein Transport von NPs durch die epitheliale Schicht und eine Aufnahme in die endotheliale Schicht mit den gewählten Inkubationszeiten nicht gezeigt werden. Eine Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose von NPs konnte mittels Immunfluoreszenz weder in der Mono- noch in der Kokultur nachgewiesen werden. Jedoch zeigte sich eine Akkumulation von NPs in Flotillin-1 und-2 enthaltende Vesikel in Epithelzellen aus beiden Kultursystemen. Ergebnisse mit Flotillin-inhibierten (siRNA) Epithelzellen, zeigten eine deutlich geringere Aufnahme von aSNPs. Zudem zeigte sich eine eine reduzierte Viabilität (MTS) von aSNP-behandelten Zellen. Dies deutet auf eine Beteiligung von Flotillinen an unbekannten (Clathrin oder Caveolae -unabhängig) Endozytosemechanismen und (oder) endosomaler Speicherung. Zusammenfassend waren die Aufnahmemechanismen für alle untesuchten NPs in konventioneller Monokultur und Kokultur vergleichbar, obwohl sich die Barriereeigenschaften deutlich unterscheiden. Diese Arbeit zeigt deutlich, dass sich die Zellen in Kokultur anders verhalten. Die Zellen erreichen hierbei einen höheren Differenzierungsgrad und eine Zellkommunikation mit anderen relevanten Zelltypen wird ermöglicht. Durch das Einbringen eines dritten relevanten Zelltyps in die Kokultur, des Alveolarmakrophagen (Zelllinie THP-1), welcher die erste Verteidigungsfront im Alveolus bildet, wird diese Aussage weiter bekräftigt. Erste Versuche haben gezeigt, dass die Triplekultur bezüglich ihrer Barriereeigenschaften und IL-8-Ausschüttung sensitiver auf z.B. TNF- oder LPS-Stimulation reagiert als die Kokultur. Verglichen mit konventionellen Monokulturen imitieren gut ausgebildete, multizelluräre Kokulturmodelle viel präziser das zelluläre Zusammenspiel im Körper. Darum liefern Nanopartikelinteraktionen mit dem in vitro-Triplekulturmodel aufschlussreichere Ergebnisse bezüglich umweltbedingter oder pharmazeutischer NP-Exposition in der distalen Lung als es uns bisher möglich war.

Drug delivery, entry and intracellular trafficking of polymeric nanoparticles

Polymere Nanopartikel sind kleine Teilchen, die vielseitige Einsatzmöglichkeiten für den Transport von Wirkstoffen bieten. Da Nanomaterialien in diesen biomedizinischen Anwendungen oft mit biologischen Systemen in Berührung kommen, erfordert das eine genaue Untersuchung ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen. In diesem speziellen Forschungsgebiet, welches sich auf die Interaktionen von Nanomaterialien mit biologischen Komponenten konzentriert, wurde bereits eine Vielzahl verschiedener Nanopartikel-Zell-Interaktionen (z. B. Nanotoxizität, Wirkstofftransport-mechanismen) analysiert. Bezüglich der Untersuchungen zu nanopartikulären Wirkstofftransport-mechanismen ist es im Allgemeinen akzeptiert, dass ein erfolgreicher zellulärer Transport hauptsächlich von der Aufnahme des Nanotransporters abhängt. Deshalb analysieren wir in dieser Arbeit (1) den Wirkstofftransportmechanismus für biologisch-abbaubare eisenhaltige Poly-L-Milchsäure Nanopartikel (PLLA-Fe-PMI) sowie (2) die Aufnahmemechanismen und die intrazellulären Transportwege von nicht-abbaubaren superparamagnetischen Polystyrolnanopartikeln (SPIOPSN). rnIn dieser Arbeit identifizieren wir einen bisher unbekannten und nicht-invasiven Wirkstoff-transportmechanismus. Dabei zeigt diese Studie, dass der subzelluläre Transport der nanopartikulärer Fracht nicht unbedingt von einer Aufnahme der Nanotransporter abhängt. Der identifizierte Arzneimitteltransportmechanismus basiert auf einem einfachen physikochemischen Kontakt des hydrophoben Poly-L-Milchsäure-Nanopartikels mit einer hydrophoben Oberfläche, wodurch die Freisetzung der nanopartikulären Fracht ausgelöst wird. In Zellexperimenten führt die membranvermittelte Freisetzung der nanopartikulären Fracht zu ihrem sofortigen Transport in TIP47+- und ADRP+- Lipidtröpfchen. Der Freisetzungsmechanismus („kiss-and-run") kann durch die kovalente Einbindung des Frachtmoleküls in das Polymer des Nanopartikels blockiert werden.rnWeiterhin wird in Langzeitversuchen gezeigt, dass die Aufnahme der untersuchten polymeren Nanopartikel von einem Makropinozytose-ähnlichen Mechanismus gesteuert wird. Im Laufe dieser Arbeit werden mehrere Faktoren identifiziert, die in diesem Aufnahmemechanismus eine Rolle spielen. Darunter fallen unter anderem die kleinen GTPasen Rac1 und ARF1, die die Aufnahme von SPIOPSN beeinflussen. Darauffolgend werden die intrazellulären Transportwege der Nanopartikel untersucht. Mit Hilfe eines neuartigen Massenspektrometrieansatzes wird der intrazelluläre Transport von nanopartikelhaltigen endozytotischen Vesikeln rekonstruiert. Intensive Untersuchungen identifizieren Marker von frühen Endosomen, späten Endosomen/ multivesikulären Körpern, Rab11+- Endosomen, Flotillin-Vesikeln, Lysosomen und COP-Vesikeln. Schließlich wird der Einfluss des lysosomalen Milieus auf die Proteinhülle der Nanopartikel untersucht. Hier wird gezeigt, dass die adsorbierte Proteinhülle auf den Nanopartikeln in die Zelle transportiert wird und anschließend im Lysosom abgebaut wird. rnInsgesamt verdeutlicht diese Arbeit, dass die klassische Strategie des nanopartikulären und invasiven Wirkstofftransportmechanismuses überdacht werden muss. Weiterhin lässt sich aus den Daten schlussfolgern, dass polymere Nanopartikel einem atypischen Makropinozytose-ähnlichen Aufnahmemechanismus unterliegen. Dies resultiert in einem intrazellulären Transport der Nanopartikel von Makropinosomen über multivesikuläre Körperchen zu Lysosomen.rn

The influence of pulmonary surfactant on nanoparticulate drug delivery systems

The pulmonary route is very attractive for drug delivery by inhalation. In this regard, nanoparticulate drug delivery systems, designed as multifunctional engineered nanoparticles, are very promising since they combine several opportunities like a rather uniform distribution of drug dose among all ventilated alveoli allowing for uniform cellular drug internalization. However, although the field of nanomedicine offers multiple opportunities, it still is in its infancy and the research has to proceed in order to obtain a specific targeting of the drug combined with minimum side effects. If inhaled nanoparticulate drug delivery systems are deposited on the pulmonary surfactant, they come into contact with phospholipids and surfactant proteins. It is highly likely that the interaction of nanoparticulate drug delivery systems with surfactant phospholipids and proteins will be able to mediate/modulate the further fate of this specific drug delivery system. In the present comment, we discuss the potential interactions of nanoparticulate drug delivery systems with pulmonary surfactant as well as the potential consequences of this interaction.

[Immunosuppressive drugs - how they work, their side effects and interactions]

The central issue in organ transplantation remains suppression of allograft rejection. Immunosuppression can be achieved by depleting lymphocytes, diverting lymphocyte traffic, or blocking lymphocyte response pathways. Immunosuppressive drugs include small-molecule drugs, depleting and nondepleting protein drugs (polyclonal and monoclonal antibodies), fusion proteins, intravenous immune globulin, and glucocorticoids. Small-molecule immunosuppressive agents include calcineurin-inhibitors (cyclosporine, tacrolimus), Target-of-Rapamycin Inhibitors (Sirolimus, Everolimus), inhibitors of nucleotide synthesis and azathioprine. The review covers the mode of action of these drugs with a special focus on belatacept, a new promising fusion protein. Different immuo-suppressive strategies mean also different safety profiles. Common side effects include the consequences of diminished immuno- response, i.e. infections and cancer (mainly involving the skin). Toxic side effects of immunosuppressive drugs range in a wide spectrum that involves almost every organ. The major interest of this toxic effects is the cardiovascular tolerance (with large differences from drug to drug), that are discussed seperately. The calcineurin- and mTOR-inhibitors are both metabolized by the CYP450 3A4 enzyme, which is also involved in the metabolism of many other drugs. The review discusses the most important interactions that in- or decreases the through level of these drugs.

Effect of Mutation and Genetic Background on Drug Resistance in Mycobacterium tuberculosis

Bacterial factors may contribute to the global emergence and spread of drug-resistant tuberculosis (TB). Only a few studies have reported on the interactions between different bacterial factors. We studied drug-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from a nationwide study conducted from 2000 to 2008 in Switzerland. We determined quantitative drug resistance levels of first-line drugs by using Bactec MGIT-960 and drug resistance genotypes by sequencing the hot-spot regions of the relevant genes. We determined recent transmission by molecular methods and collected clinical data. Overall, we analyzed 158 isolates that were resistant to isoniazid, rifampin, or ethambutol, 48 (30.4%) of which were multidrug resistant. Among 154 isoniazid-resistant strains, katG mutations were associated with high-level and inhA promoter mutations with low-level drug resistance. Only katG(S315T) (65.6% of all isoniazid-resistant strains) and inhA promoter -15C/T (22.7%) were found in molecular clusters. M. tuberculosis lineage 2 (includes Beijing genotype) was associated with any drug resistance (adjusted odds ratio [OR], 3.0; 95% confidence interval [CI], 1.7 to 5.6; P < 0.0001). Lineage 1 was associated with inhA promoter -15C/T mutations (OR, 6.4; 95% CI, 2.0 to 20.7; P = 0.002). We found that the genetic strain background influences the level of isoniazid resistance conveyed by particular mutations (interaction tests of drug resistance mutations across all lineages; P < 0.0001). In conclusion, M. tuberculosis drug resistance mutations were associated with various levels of drug resistance and transmission, and M. tuberculosis lineages were associated with particular drug resistance-conferring mutations and phenotypic drug resistance. Our study also supports a role for epistatic interactions between different drug resistance mutations and strain genetic backgrounds in M. tuberculosis drug resistance.

The adaptive potential of a survival artist: characterization of the in vitro interactions of Toxoplasma gondii tachyzoites with di-cationic compounds in human fibroblast cell cultures

The impact of di-cationic pentamidine-analogues against Toxoplama gondii (Rh- and Me49-background) was investigated. The 72 h-growth assays showed that the arylimidamide DB750 inhibited the proliferation of tachyzoites of T. gondii Rh and T. gondii Me49 with an IC(50) of 0.11 and 0.13 muM, respectively. Pre-incubation of fibroblast monolayers with 1 muM DB750 for 12 h and subsequent culture in the absence of the drug also resulted in a pronounced inhibiton of parasite proliferation. However, upon 5-6 days of drug exposure, T. gondii tachyzoites adapted to the compound and resumed proliferation up to a concentration of 1.2 muM. Out of a set of 32 di-cationic compounds screened for in vitro activity against T. gondii, the arylimidamide DB745, exhibiting an IC(50) of 0.03 muM and favourable selective toxicity was chosen for further studies. DB745 also inhibited the proliferation of DB750-adapted T. gondii (IC(50)=0.07 muM). In contrast to DB750, DB745 also had a profound negative impact on extracellular non-adapted T. gondii tachyzoites, but not on DB750-adapted T. gondii. Adaptation of T. gondii to DB745 (up to a concentration of 0.46 muM) was much more difficult to achieve and feasible only over a period of 110 days. In cultures infected with DB750-adapted T. gondii seemingly intact parasites could occasionally be detected by TEM. This illustrates the astonishing capacity of T. gondii tachyzoites to adapt to environmental changes, at least under in vitro conditions, and suggests that DB745 could be an interesting drug candidate for further assessments in appropriate in vivo models.

Changes in volumetric BMD of radius and tibia upon antidepressant drug administration in young depressive patients

To determine longitudinal changes in trabecular volumetric BMD (vBMD) at tibia and radius in young depressive patients under antidepressants using pQCT.

Transfection of drug-specific T-cell receptors into hybridoma cells: tools to monitor drug interaction with T-cell receptors and evaluate cross-reactivity to related compounds

In the context of drug hypersensitivity, our group has recently proposed a new model based on the structural features of drugs (pharmacological interaction with immune receptors; p-i concept) to explain their recognition by T cells. According to this concept, even chemically inert drugs can stimulate T cells because certain drugs interact in a direct way with T-cell receptors (TCR) and possibly major histocompatibility complex molecules without the need for metabolism and covalent binding to a carrier. In this study, we investigated whether mouse T-cell hybridomas transfected with drug-specific human TCR can be used as an alternative to drug-specific T-cell clones (TCC). Indeed, they behaved like TCC and, in accordance with the p-i concept, the TCR recognize their specific drugs in a direct, processing-independent, and dose-dependent way. The presence of antigen-presenting cells was a prerequisite for interleukin-2 production by the TCR-transfected cells. The analysis of cross-reactivity confirmed the fine specificity of the TCR and also showed that TCR transfectants might provide a tool to evaluate the potential of new drugs to cause hypersensitivity due to cross-reactivity. Recombining the alpha- and beta-chains of sulfanilamide- and quinolone-specific TCR abrogated drug reactivity, suggesting that both original alpha- and beta-chains were involved in drug binding. The TCR-transfected hybridoma system showed that the recognition of two important classes of drugs (sulfanilamides and quinolones) by TCR occurred according to the p-i concept and provides an interesting tool to study drug-TCR interactions and their biological consequences and to evaluate the cross-reactivity potential of new drugs of the same class.

Platelet GPIb complex as a target for anti-thrombotic drug development

Specific inhibition of platelet function is a major target of anti-thrombotic drug research. Platelet receptors are both accessible and specific but have multiple functions often linked to a wide range of ligands. GPIb complex is best known as a major platelet receptor for von Willebrand factor essential for platelet adhesion under high shear conditions found in arteries and in thrombosis. Recent animal studies have supported inhibition of GPIb as a good candidate for anti-thrombotic drug development with several classes of proteins showing important specific effects and the required discrimination between roles in haemostasis and thrombosis is important to protect against bleeding complications. These include antibodies, several classes of snake venom proteins, mutant thrombin molecules and peptides affecting subunit interactions. However, due to the nature of its receptor-ligand interactions involving large protein-protein interfaces, the possibility of developing classic pharmaceutical inhibitors for long term (and perhaps oral) treatment is still unclear, and additional information about structural interactions and signalling mechanisms is essential.

Molecular interactions underlying the unusually high adenosine affinity of a novel Trypanosoma brucei nucleoside transporter

Trypanosoma brucei encodes a relatively high number of genes of the equilibrative nucleoside transporter (ENT) family. We report here the cloning and in-depth characterization of one T. brucei brucei ENT member, TbNT9/AT-D. This transporter was expressed in Saccharomyces cerevisiae and displayed a uniquely high affinity for adenosine (Km = 0.068 +/- 0.013 microM), as well as broader selectivity for other purine nucleosides in the low micromolar range, but was not inhibited by nucleobases or pyrimidines. This selectivity profile is consistent with the P1 transport activity observed previously in procyclic and long-slender bloodstream T. brucei, apart from the 40-fold higher affinity for adenosine than for inosine. We found that, like the previously investigated P1 activity of long/slender bloodstream trypanosomes, the 3'-hydroxy, 5'-hydroxy, N3, and N7 functional groups contribute to transporter binding. In addition, we show that the 6-position amine group of adenosine, but not the inosine 6-keto group, makes a major contribution to binding (DeltaG0 = 12 kJ/mol), explaining the different Km values of the purine nucleosides. We further found that P1 activity in procyclic and long-slender trypanosomes is pharmacologically distinct, and we identified the main gene encoding this activity in procyclic cells as NT10/AT-B. The presence of multiple P1-type nucleoside transport activities in T. brucei brucei facilitates the development of nucleoside-based treatments for African trypanosomiasis and would delay the onset of uptake-related drug resistance to such therapy. We show that both TbNT9/AT-D and NT10/AT-B transport a range of potentially therapeutic nucleoside analogs.

Mechanisms of drug-induced allergy

We identified English-language publications on hypersensitivity reactions to xenobiotics through the PubMed database, using the search terms drug and/or xenobiotic, hypersensitivity reaction, mechanism, and immune mediated. We analyzed articles pertaining to the mechanism and the role of T cells. Immune hypersensitivity reactions to drugs are mediated predominantly by IgE antibodies or T cells. The mechanism of IgE-mediated reactions is well investigated, but the mechanisms of T-cell-mediated drug hypersensitivity are not well understood. The literature describes 2 concepts: the hapten/prohapten concept and the concept of pharmacological interactions of drugs with immune receptors. In T-cell-mediated allergic drug reactions, the specificity of the T-cell receptor that is stimulated by the drug may often be directed to a cross-reactive major histocompatibility complex-peptide compound. Thus, previous contact with the causative drug is not obligatory, and an immune mechanism should be considered as the cause of hypersensitivity, even in reactions that occur on primary exposure. Indeed, immune-mediated reactions to xenobiotics in patients without prior exposure to the agent have been described recently for radiocontrast media and neuromuscular blocking agents. Thus, the "allergenic" potential of a drug under development should be evaluated not only by screening its haptenlike characteristics but also by assessing its direct immunostimulatory potential.

Elucidation of Nucleic Acid–Drug Interactions by Tandem Mass Spectrometry

In continuation of the long tradition of mass spectrometric research at the University of Bern, our group focuses on the characterization of nucleic acids as therapeutic agents and as drug targets. This article provides a short overview of our recent work on platinated single-stranded and higher-order nucleic acids. Nearly three decades ago the development of soft ionization techniques opened a whole new chapter in the mass spectrometric analysis of not only nucleic acids themselves, but also their interactions with potential drug candidates. In contrast to modern next generation sequencing approaches, though, the goal of the tandem mass spectrometric investigation of nucleic acids is by no means the complete sequencing of genetic DNA, but rather the characterization of short therapeutic and regulatory oligonucleotides and the elucidation of nucleic acid–drug interactions. The influence of cisplatin binding on the gas-phase dissociation of nucleic acids was studied by the means of electrospray ionization tandem mass spectrometry. Experiments on native and modified DNA and RNA oligomers confirmed guanine base pairs as the preferred platination site and laid the basis for the formulation of a gas-phase fragmentation mechanism of platinated oligonucleotides. The study was extended to double stranded DNA and DNA quadruplexes. While duplexes are believed to be the main target of cisplatin in vivo, the recently discovered DNA quadruplexes constitute another promising target for anti-tumor drugs owing to their regulatory functions in the cell cycle.

Oxypurinol directly and immediately activates the drug-specific T cells via the preferential use of HLA-B*58:01

Allopurinol (ALP) hypersensitivity is a major cause of severe cutaneous adverse reactions and is strongly associated with the HLA-B*58:01 allele. However, it can occur in the absence of this allele with identical clinical manifestations. The immune mechanism of ALP-induced severe cutaneous adverse reactions is poorly understood, and the T cell-reactivity pattern in patients with or without the HLA-B*58:01 allele is not known. To understand the interactions among the drug, HLA, and TCR, we generated T cell lines that react to ALP or its metabolite oxypurinol (OXP) from HLA-B*58:01(+) and HLA-B*58:01(-) donors and assessed their reactivity. ALP/OXP-specific T cells reacted immediately to the addition of the drugs and bypassed intracellular Ag processing, which is consistent with the "pharmacological interaction with immune receptors" (p-i) concept. This direct activation occurred regardless of HLA-B*58:01 status. Although most OXP-specific T cells from HLA-B*58:01(+) donors were restricted by the HLA-B*58:01 molecule for drug recognition, ALP-specific T cells also were restricted to other MHC class I molecules. This can be explained by in silico docking data that suggest that OXP binds to the peptide-binding groove of HLA-B*58:01 with higher affinity. The ensuing T cell responses elicited by ALP or OXP were not limited to particular TCR Vβ repertoires. We conclude that the drug-specific T cells are activated by OXP bound to HLA-B*58:01 through the p-i mechanism.

Interactions of Polyvinylpyrrolidone with Chlorin e6-Based Photosensitizers Studied by NMR and Electronic Absorption Spectroscopy

Polyvinylpyrrolidone (PVP) can act as potential drug delivery vehicle for porphyrin-based photosensitizers in photodynamic therapy (PDT) to enhance their stability and prevent porphyrin self-association. In the present study the interactions of PVP (MW 10 kDa) were probed with five different derivatives of chlorin e6 (CE6) bearing either one of the amino acids serine, lysine, tyrosine or arginine, or monoamino-hexanoic acid as substituent. All derivatives of CE6 (xCE) formed aggregates of a similar structure in aqueous buffer in the millimolar range. In the presence of PVP monomerization of all xCE aggregates could be proved by 1H NMR spectroscopy. xCE-PVP complex formation was confirmed by 1H NMR T2 relaxation and diffusion ordered spectroscopy (DOSY). 1H1H-NOESY data suggested that the xCE uptake into the PVP polymer matrix is governed by hydrophobic interactions. UV–vis absorption and fluorescence emission bands of xCE in the micromolar range revealed characteristic PVP-induced bathochromic shifts. The presented data point out the potential of PVP as carrier system for amphiphilic derivatives of chlorin e6. The capacity of PVP to monomerize xCE aggregates may enhance their efficiency as possible photosensitizers in PDT.