New analytical LC-mass spectrometry methodologies for the quali-quantitative determination of natural substances and drugs in complex matrices

This thesis reports an integrated analytical and physicochemical approach for the study of natural substances and new drugs based on mass spectrometry techniques combined with liquid chromatography. In particular, Chapter 1 concerns the study of Berberine a natural substance with pharmacological activity for the treatment of hepatobiliary and intestinal diseases. The first part focused on the relationships between physicochemical properties, pharmacokinetics and metabolism of Berberine and its metabolites. For this purpose a sensitive HPLC-ES-MS/MS method have been developed, validated and used to determine these compounds during their physicochemical properties studies and plasma levels of berberine and its metabolites including berberrubine(M1), demethylenberberine(M3), and jatrorrhizine(M4) in humans. Data show that M1, could have an efficient intestinal absorption by passive diffusion due to a keto-enol tautomerism confirmed by NMR studies and its higher plasma concentration. In the second part of Chapter 1, a comparison between M1 and BBR in vivo biodistribution in rat has been studied. In Chapter 2 a new HPLC-ES-MS/MS method for the simultaneous determination and quantification of glucosinolates, as glucoraphanin, glucoerucin and sinigrin, and isothiocyanates, as sulforaphane and erucin, has developed and validated. This method has been used for the analysis of functional foods enriched with vegetable extracts. Chapter 3 focused on a physicochemical study of the interaction between the bile acid sequestrants used in the treatment of hypercholesterolemia including colesevelam and cholestyramine with obeticolic acid (OCA), potent agonist of nuclear receptor farnesoid X (FXR). In particular, a new experimental model for the determination of equilibrium binding isotherm was developed. Chapter 4 focused on methodological aspects of new hard ionization coupled with liquid chromatography (Direct-EI-UHPLC-MS) not yet commercially available and potentially useful for qualitative analysis and for “transparent” molecules to soft ionization techniques. This method was applied to the analysis of several steroid derivatives.

Einfluss von Hilfsstoffen auf die Bioverfügbarkeit von Substanzen der BCS Klasse III

In dieser Arbeit wurde der Effekt verschiedener Hilfsstoffe auf die Permeabilität von Substanzen der BCS Klasse III untersucht. Drei pharmazeutische Hilfsstoffe wurden hinsichtlich der Möglichkeit ihres Einsatzes als Permeationsverbesserer in Arzneistoffformulierungen untersucht. Außerdem wurde die Beteiligung von Gallensalzen an der Nahrungsmittel-Interaktion von Trospium untersucht.rnEs wurden Komplexe aus Trospium und λ-Carrageen hergestellt. Eine verbesserte Permeation, die höchstwahrscheinlich durch Mukoadhäsion zustande kam, war im Ussing-Kammer-Modell sehr gut reproduzierbar. In vivo war der Effekt nur bei einigen Tieren zu sehen und es kam zu hohen Standardabweichungen.rnTrospium bildet Ionenpaare mit Gallensalzen, welche zu einer besseren Permeabilität des Wirkstoffes führten. In Gegenwart von Nahrungsfetten blieb dieser Effekt aus. Eine Beteiligung der Interaktion von Trospium und Gallensalzen am Food-Effekt kann auf Basis dieser Ergebnisse als wahrscheinlich gelten.rnIm Caco-2-Modell konnte bereits eine Verbesserung der Permeabilität von Trospium durch Zusatz von Eudragit E gezeigt werden. Nun konnte gezeigt werden, dass durch den Hilfsstoff auch in vivo in Ratten eine verbesserte Permeation erreicht werden kann.rnDie Permeationsverbesserung von Aciclovir durch Zusatz von Chitosan-HCl sollte untersucht werden. Im Caco-2-Modell kam es zu einer signifikanten Permeationsverbesserung. Im Ussing-Kammer-Modell wurde die Permeation nicht verbessert. In Loop-Studien konnte nur bei hohen Hilfsstoff-Konzentrationen eine Tendenz zur Permeationsverbesserung erkannt werden.rn

Unmittelbare, dauerhafte sowie evolutionäre Anpassung an Fremdstoffexpositionen

Eine der Hauptursachen für unerwünschte oder reduzierte Wirkungen von Medikamenten ist die Induktion von Enzymen und Transportern des Medikamentenstoffwechsels. Diese Induktion stellt ursprünglich eine physiologische Reaktion auf die Aufnahme von potentiell schädlichen Fremdstoffen aus der Umwelt dar und sichert so die Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit von Lebewesen. Beim Menschen sowie anderen Säugetieren werden Fremdstoffe hauptsächlich von den nukleären Rezeptoren PXR und CAR in der Leber und im Dünndarm detektiert. Zu den Medikamenten, welche über PXR und CAR wirken, gehören unter anderem Antikonvulsiva, Statine, antiretrovirale Medikamente, Glucocorticoide sowie Antimykotika. Die durch Fremdstoffe aktivierten Transkriptionsfaktoren PXR und CAR steigern die Menge der Enzyme und Transporter des Fremdstoffmetabolismus. Hierzu zählen vor allem die Cytochrom P450-Enzyme (Cyp-Enzyme) mit breitem Substratspektrum oder der Transporter MDR1, welcher eine Vielzahl von Substraten über Membranen transportiert. Durch die Biotransformation werden die induzierenden, lipophilen Substanzen so modifiziert, dass sie leichter über den Urin oder die Galle ausgeschieden werden können. \r\nDie Dauer der Induktion sollte auf die Zeit der Fremdstoffexposition beschränkt sein, um Störungen des endogenen Stoffwechsels zu vermindern. In dieser Arbeit werden jedoch Hinweise auf dauerhafte und sogar generationsübergreifende Effekte von Medikamenten in Mäusen geliefert. Nachkommen von Müttern, welche bereits vor ihrer Verpaarung einmalig mit TCPOBOP, einem Liganden des murinen CAR, injiziert wurden, hatten eine ungefähr 100-fach gesteigerte Genexpression von Cyp2b10. Auch gab es Expressionsänderungen von Genen, deren Produkte eine Rolle im Lipidstoffwechsel sowie bei Immunkrankheiten spielen. Eine Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung der injizierten Elterngeneration ergab außerdem dauerhafte Expressionsveränderungen anderer Gene des Medikamentenstoffwechsels sowie von Genen mit Verbindung zum Energiemetabolismus. \r\nBerücksichtigt man die enge evolutionäre Verwandtschaft der nukleären Rezeptoren CAR und PXR, sind Langzeitveränderungen auch für PXR möglich und wurden im Verlauf dieser Arbeit ebenfalls untersucht. Eine Hochdurchsatz-Sequenzierung ergab für Mäuse, welche mit dem PXR-Aktivator PCN induziert wurden, dass selbst noch drei Monate nach der Exposition Gene verändert exprimiert waren, welche im Zusammenhang mit Lebernekrosen stehen. Bei Nachkommen von PCN-injizierten Müttern wurden Gene unterschiedlich exprimiert, welche eine Rolle bei der Energiehomöostase sowie im Glukosestoffwechsel spielen. Im Erwachsenenalter sind bei diesen Nachkommen darüber hinaus noch Gene unterschiedlich exprimiert, deren Produkte eine Funktion in der Immunantwort haben. \r\nDa Erwachsene aufgrund ihrer Lebensdauer sowie der absoluten Krankheitshäufigkeit wesentlich öfter Kontakt mit Fremdstoffen haben, war medizinisch von besonderem Interesse, ob anhaltende Genexpressionsänderungen auch bei Erwachsenen zu beobachten sind. So konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass auch einmalig exponierte Adulttiere Gene dauerhaft verändert exprimieren und die Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel an die nächste Generation übertrugen. \r\n\r\nBisher sind klinische Studien zur Risikobewertung von Medikamenten (Pharmakovigilanz) nicht generationsübergreifend angelegt. Diese Arbeit gibt Anstöße dafür, dass dies in Zukunft für viel mehr Medikamente notwendig werden könnte. Neben Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel ergeben sich Nebenwirkungen von PXR- und CAR-Liganden vor allem aus ihrer Beteiligung an endogenen Stoffwechselwegen. Nach Aktivierung von CAR, welcher viele metabolische Stoffwechselwege steuert, treten beispielsweise Störungen des Energiestoffwechsels auf. Ein tieferes Verständnis der Rezeptoraktivität von CAR samt einer gezielten Modulierung seiner Aktivität würde wichtige Beiträge zum Verständnis der Regulation des Fremdstoffmetabolismus sowie der Entstehung von Nebenwirkungen durch eine Behandlung mit CAR-Liganden leisten. Dauerhafte Veränderungen endogener Stoffwechselwege könnten dann möglicherweise über eine pharmakologische Modulierung der CAR-Aktivität reduziert werden. \r\nZu diesem Zweck wurden im Verlauf dieser Arbeit die CAR-Rezeptoren der Amphibien (Xenopus tropicalis, Xenopus laevis) und Reptilien (Anolis carolinensis) erstmals kloniert, als Proteine exprimiert und charakterisiert. Vergleiche zwischen Tierarten ermöglichen ein besseres Verständnis von humanen Proteinen. Funktionelle Analysen ergaben Ähnlichkeiten des Xenopus laevis-CAR mit dem PXR der Säugetiere: eine niedrige basale Aktivität sowie eine starke Induzierbarkeit durch Liganden. In weiteren funktionellen Analysen wurden die Determinanten der basalen Aktivität des Xenopus laevis-CAR untersucht. Die basale Aktivität war nicht abhängig von der subzellulären Lokalisation, sondern ergab sich aus der Proteinstruktur, welche nur beim CAR der Landvertebraten in einer aktiven Konformation fixiert ist. Ähnlich dem PXR der Säugetiere besitzt CAR der Amphibien eine Aktivierungsdomäne, welche erst durch Ligandenbindung in eine aktive Konformation gebracht wird. Mutationen einzelner Aminosäuren zum jeweils humanen Homolog erhöhten die basale Aktivität des Xenopus laevis-CAR auf die des humanen Rezeptors. Diese Mutanten mit erhöhter basalen Aktivität zeigten eine verstärkte Interaktion mit dem Kofaktor PGC-1a, einem Regulator des Energiestoffwechsels bei Säugetieren. Die hepatischen Zielgene des CAR der Amphibien überlappen zum Teil mit den humanen Zielgenen und spielen ebenfalls eine Rolle im Energiestoffwechsel.

FaSSIF-C, a Cholesterol containing biorelevant intestinal model medium for development and test of oral drug formulations

Biorelevante Medien sind entwickelt worden, um die Bedingungen im Magen-Darm-Trakt vor und nach der Mahlzeit zu imitieren. Mit FaSSIF und FeSSIF wurden Medien eingeführt, die nicht nur die pH- und Puffer-Kapazität des Dünndarms widerspiegeln, sondern auch Lipid und physiologische Tensid-Arten enthalten. Diese Medien (FaSSIF-V2 und FaSSlFmod6.5) wurden für Bioverfügbarkeitstudien in der Medikamentenentwicklung im Laufe der Jahre kontinuierlich weiterentwickelt. Dennoch sind die auf dem Markt verfügbaren Medien immer noch nicht in der Lage, die realen physiologischen Bedingungen zu simulieren. In der jetzigen Zusammensetzung sind nicht alle Kompetenten enthalten, welche natürlicher Weise im Duodenum vorkommen. Darüber hinaus wird nur eine 1:5 Verdünnung von FeSSIF zu FaSSIF angenommen, die individuelle Wasserzufuhr bei Medikamentengabe wird hierdurch jedoch nur eingeschränkt simuliert, obwohl diese von Patient zu Patient schwanken kann. rnZiel dieser Dissertation war die Verbesserung der Vorhersage der Auflösung und Absorption lipophiler Arzneistoffe durch Simulation der Bedingungen im zweiten Teil des Zwölffingerdarms mit neuen biorelevanten Medien, sowie unter Einwirkung zusätzlicher Detergention als Wirkstoffträger. rnUm den Effekt der Verdünnungsrate und Zeit im Dünndarm zu untersuchen, wurde die Entwicklung der Nanopartikel in der Magen-Darm-Flüssigkeit FaSSIFmod6.5 zu verschiedenen Zeitpunkten und Wassergehalten untersucht. Dafür wurden kinetische Studien an verschieden konzentrierten Modellmedien nach Verdünnungssprung untersucht. Das Modell entspricht der Vermischung der Gallenflüssigkeit mit dem Darminhalt bei variablem Volumen. Die Ergebnisse zeigen, dass Art und Größe der Nanopartikel stark von Verdünnung und Einirkungszeit abhängen. rnrnDie menschliche Darmflüssigkeit enthält Cholesterin, welches in allen früheren Modellmedien fehlt. Daher wurden biokompatible und physiologische Modellflüssigkeiten, FaSSIF-C, entwickelt. Der Cholesteringehalt von FaSSIF - 7C entspricht der Gallenflüssigkeit einer gesunden Frau, FaSSIF - 10C der einer gesunden männlichen Person und FaSSIF - 13C der in einigen Krankheitszuständen. Die intestinale Teilchen-Struktur-Untersuchung mit dynamische Lichtstreuung (DLS) und Neutronen-Kleinwinkelstreuung (SANS) ergab, dass die Korngröße von Vesikeln mit zunehmender Cholesterin-Konzentration abnahm. Zu hohe Cholesterin-Konzentration bewirkte zusätzlich sehr große Partikel, welche vermutlich aus Cholesterin-reichen “Disks“ bestehen. Die Löslichkeiten einiger BCS Klasse II Wirkstoffe (Fenofibrat, Griseofulvin, Carbamazepin, Danazol) in diesen neuen Medien zeigten, dass die Löslichkeit in unterschiedlicher Weise mit der Cholesteringehalt zusammen hing und dieser Effekt selektiv für die Droge war. rnDarüber hinaus wurde die Wirkung von einigen Tensiden auf die kolloidale Struktur und Löslichkeit von Fenofibrat in FaSSIFmod6.5 und FaSSIF -7C untersucht. Struktur und Löslichkeit waren Tensid- und Konzentrations-abhängig. Im Falle von FaSSIFmod6.5 zeigten die Ergebnisse eine dreifache Verzweigung der Lösungswege. Im Bereich mittlerer Tensidkonzentration wurde eine Löslichkeitslücke der Droge zwischen der Zerstörung der Galle-Liposomen und der Bildung von Tensid-reichen Mizellen beobachtet. In FaSSIF - 7C, zerstörten Tenside in höherer Konzentration die Liposomenstruktur trotz der allgemeinen Stabilisierung der Membranen durch Cholesterin. rnDie in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse ergeben, dass die Anwesenheit von Cholesterin als eine fehlende Komponente der menschlichen Darmflüssigkeit in biorelevanten Medien wichtig ist und dazu beitragen kann, das in vivo Verhalten schwerlöslicher Arzneistoffe im Körper besser vorhersagen zu können. Der Verdünnungsgrad hat einen Einfluss auf die Nanopartikel-Struktur und Tenside beeinflussen die Löslichkeit von Medikamenten in biorelevanten Medien: Dieser Effekt ist sowohl von der Konzentration das Tensids abhängig, als auch dessen Typ.rnrn

Multidrug strategies are effective in the treatment of severe experimental pancreatitis

Trypsinogen activation, oxygen radicals, cytokines, leukocyte infiltration, and pancreatic ischemia are important steps in the pathogenesis of necrotizing pancreatitis and associated systemic complications. Several drugs that inhibit those pathogenetic steps attenuated biochemical and histologic changes, while survival remained low. The aim of the present study was to evaluate the benefit of multidrug approaches compared to monotherapies on organ injury and survival in acute experimental pancreatitis in the rat model of retrograde bile injection combined with intravenous cerulein.

Aberrant lipid metabolism in hepatocellular carcinoma revealed by plasma metabolomics and lipid profiling

There has been limited analysis of the effects of hepatocellular carcinoma (HCC) on liver metabolism and circulating endogenous metabolites. Here, we report the findings of a plasma metabolomic investigation of HCC patients by ultraperformance liquid chromatography-electrospray ionization-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-ESI-QTOFMS), random forests machine learning algorithm, and multivariate data analysis. Control subjects included healthy individuals as well as patients with liver cirrhosis or acute myeloid leukemia. We found that HCC was associated with increased plasma levels of glycodeoxycholate, deoxycholate 3-sulfate, and bilirubin. Accurate mass measurement also indicated upregulation of biliverdin and the fetal bile acids 7α-hydroxy-3-oxochol-4-en-24-oic acid and 3-oxochol-4,6-dien-24-oic acid in HCC patients. A quantitative lipid profiling of patient plasma was also conducted by ultraperformance liquid chromatography-electrospray ionization-triple quadrupole mass spectrometry (UPLC-ESI-TQMS). By this method, we found that HCC was also associated with reduced levels of lysophosphocholines and in 4 of 20 patients with increased levels of lysophosphatidic acid [LPA(16:0)], where it correlated with plasma α-fetoprotein levels. Interestingly, when fatty acids were quantitatively profiled by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), we found that lignoceric acid (24:0) and nervonic acid (24:1) were virtually absent from HCC plasma. Overall, this investigation illustrates the power of the new discovery technologies represented in the UPLC-ESI-QTOFMS platform combined with the targeted, quantitative platforms of UPLC-ESI-TQMS and GC-MS for conducting metabolomic investigations that can engender new insights into cancer pathobiology.

Dual-energy CT-cholangiography in potential donors for living-related liver transplantation: Improved biliary visualization by intravenous morphine co-medication

PURPOSE: To prospectively evaluate whether intravenous morphine co-medication improves bile duct visualization of dual-energy CT-cholangiography. MATERIALS AND METHODS: Forty potential donors for living-related liver transplantation underwent CT-cholangiography with infusion of a hepatobiliary contrast agent over 40min. Twenty minutes after the beginning of the contrast agent infusion, either normal saline (n=20 patients; control group [CG]) or morphine sulfate (n=20 patients; morphine group [MG]) was injected. Forty-five minutes after initiation of the contrast agent, a dual-energy CT acquisition of the liver was performed. Applying dual-energy post-processing, pure iodine images were generated. Primary study goals were determination of bile duct diameters and visualization scores (on a scale of 0 to 3: 0-not visualized; 3-excellent visualization). RESULTS: Bile duct visualization scores for second-order and third-order branch ducts were significantly higher in the MG compared to the CG (2.9±0.1 versus 2.6±0.2 [P<0.001] and 2.7±0.3 versus 2.1±0.6 [P<0.01], respectively). Bile duct diameters for the common duct and main ducts were significantly higher in the MG compared to the CG (5.9±1.3mm versus 4.9±1.3mm [P<0.05] and 3.7±1.3mm versus 2.6±0.5mm [P<0.01], respectively). CONCLUSION: Intravenous morphine co-medication significantly improved biliary visualization on dual-energy CT-cholangiography in potential donors for living-related liver transplantation.

Treatment of NASH with ursodeoxycholic acid: cons

Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) has a prevalence of 1% in Western countries. Its causes as well as its medical treatment are, to date, still debated. Recently, studies of agents suggested to have antiapoptotic, insulin-sensitizing or anti-inflammatory effects in patients with NASH have been conducted, one of which is ursodeoxycholic acid (UDCA), a tertiary bile acid. Between 1994 and 2008, four prospective randomized, double-blind, placebo-controlled studies of the treatment of NASH with UDCA were conducted. The first study, by Lindor et al., compared the impact of 13-15 mg/kg/day of UDCA to a placebo. The second study by Dufour et al. had an additional third arm that administered combination therapy with UDCA and vitamin E. The third and fourth studies by Leuschner et al. and by Ratziu et al. evaluated high doses of UDCA at 25-35 mg/kg/day, and used liver biopsies and serum liver enzyme levels to evaluate the impact of UDCA. With the exception of Ratziu et al.'s study, which was lacking a second liver biopsy, none of these studies showed any significant differences in the treatment of NASH with UDCA compared with a placebo. However, Dufour et al. did observe a significant improvement of NASH with the combination (UDCA/VitE) vs placebo therapy, whereas UDCA monotherapy was not effective in the treatment of NASH. Nevertheless, the effects of other bile acids and combination therapies need to be explored.

Computer-assisted liver surgery: clinical applications and technological trends

Oncological liver surgery and interventions aim for removal of tumor tissue while preserving a sufficient amount of functional tissue to ensure organ regeneration. This requires detailed understanding of the patient-specific internal organ anatomy (blood vessel system, bile ducts, tumor location). The introduction of computer support in the surgical process enhances anatomical orientation through patient-specific 3D visualization and enables precise reproduction of planned surgical strategies though stereotactic navigation technology. This article provides clinical background information on indications and techniques for the treatment of liver tumors, reviews the technological contributions addressing the problem of organ motion during navigated surgery on a deforming organ, and finally presents an overview of the clinical experience in computer-assisted liver surgery and interventions. The review concludes that several clinically applicable solutions for computer aided liver surgery are available and small-scale clinical trials have been performed. Further developments will be required more accurate and faster handling of organ deformation and large clinical studies will be required for demonstrating the benefits of computer aided liver surgery.

Studying Electrophoretic Separations Using Cholate Micelles: Effects Of Ph, Temperature, And Composition

Micelle-forming bile salts have previously been shown to be effective pseudo-stationary phases for separating the chiral isomers of binaphthyl compounds with micellar electrokinetic capillary chromatography (MEKC). Here, cholate micelles are systematically investigated via electrophoretic separations and NMR using R, S-1, 1¿- binaphthyl- 2, 2¿-diylhydrogenphosphate (BNDHP) as a model chiral analyte. The pH, temperature, and concentration of BNDHP were systematically varied while monitoring the chiral resolution obtained with MEKC and the chemical shift of various protons in NMR. NMR data for each proton on BNDHP is monitored as a function of cholate concentration: as cholate monomers begin to aggregate and the analyte molecules begin to sample the micelle aggregate we observe changes in the cholate methyl and S-BNDHP proton chemical shifts. From such NMR data, the apparent CMC of cholate at pH 12 is found to be about 13-14 mM, but this value decreases at higher pH, suggesting that more extreme pHs may give rise to more effective separations. In general, CMCs increase with temperature indicating that one may be able to obtain better separations at lower temperatures. S-BNDHP concentrations ranging from 50 ¿M to 400 ¿M (pH 12.8) gave rise to apparent cholate CMC values from 10 mM to 8 mM, respectively, indicating that S-BNDHP, the chiral analyte molecule, may play an active role in stabilizing cholate aggregates. In all, these data show that NMR can be used to systematically investigate a complex multi-variable landscape of potential optimizations of chiral separations.

Low-dose oral rapamycin treatment reduces fibrogenesis, improves liver function, and prolongs survival in rats with established liver cirrhosis

BACKGROUND/AIMS: Mammalian target of rapamycin (mTOR) signalling is central in the activation of hepatic stellate cells (HSCs), the key source of extracellular matrix (ECM) in fibrotic liver. We tested the therapeutic potential of the mTOR inhibitor rapamycin in advanced cirrhosis. METHODS: Cirrhosis was induced by bile duct-ligation (BDL) or thioacetamide injections (TAA). Rats received oral rapamycin (0.5 mg/kg/day) for either 14 or 28 days. Untreated BDL and TAA-rats served as controls. Liver function was quantified by aminopyrine breath test. ECM and ECM-producing cells were quantified by morphometry. MMP-2 activity was measured by zymography. mRNA expression of procollagen-alpha1, transforming growth factor-beta1 (TGF-beta1) and beta2 was quantified by RT-PCR. RESULTS: Fourteen days of rapamycin improved liver function. Accumulation of ECM was decreased together with numbers of activated HSCs and MMP-2 activity in both animal models. TGF-beta1 mRNA was downregulated in TAA, TGF-beta2 mRNA was downregulated in BDL. 28 days of rapamycin treatment entailed a survival advantage of long-term treated BDL-rats. CONCLUSIONS: Low-dose rapamycin treatment is effectively antifibrotic and attenuates disease progression in advanced fibrosis. Our results warrant the clinical evaluation of rapamycin as an antifibrotic drug.

Secretin receptors in the human liver: expression in biliary tract and cholangiocarcinoma, but not in hepatocytes or hepatocellular carcinoma

BACKGROUND/AIMS: Gut hormone receptors are over-expressed in human cancer and allow receptor-targeted tumor imaging and therapy. A novel promising receptor for these purposes is the secretin receptor. The secretin receptor expression was investigated in the human liver because the liver is a physiological secretin target and because novel diagnostic and treatment modalities are needed for liver cancer. METHODS: Nineteen normal livers, 10 cirrhotic livers, 35 cholangiocarcinomas, and 45 hepatocellular carcinomas were investigated for secretin receptor expression by in vitro receptor autoradiography using (125)I-[Tyr(10)] rat secretin and, in selected cases, for secretin receptor mRNA by RT-PCR. RESULTS: Secretin receptors were present in normal bile ducts and ductules, but not in hepatocytes. A significant receptor up-regulation was observed in ductular reaction in liver cirrhosis. Twenty-two (63%) cholangiocarcinomas were positive for secretin receptors, while hepatocellular carcinomas were negative. RT-PCR revealed wild-type receptor mRNA in the non-neoplastic liver, wild-type and spliced variant receptor mRNAs in cholangiocarcinomas found receptor positive in autoradiography experiments, and no receptor transcripts in autoradiographically negative cholangiocarcinomas. CONCLUSIONS: The expression of secretin receptors in the biliary tract is the molecular basis of the secretin-induced bicarbonate-rich choleresis in man. The high receptor expression in cholangiocarcinomas may be used for in vivo secretin receptor-targeting of these tumors and for the differential diagnosis with hepatocellular carcinoma.

Intraoperative three-dimensional fluoroscopic cholangiography

Precise intraoperative assessment of the architecture of the biliary tree could reduce lesions to intra- or extrahepatic bile ducts. The aim of this study was to test feasibility of intraoperative three-dimensional imaging during liver resections. Isocentric C-arm fluoroscopy acquires three-dimensional images during a 190 degrees orbital rotation. The bile ducts were displayed three-dimensionally by realtime rotational projections or multiplanar reconstructions. The technique was established ex vivo in a preserved cadaveric human liver. Intraoperative three-dimensional cholangiography was performed in five patients with centrally located liver malignancies. Complete data acquisition in 3 patients depicted precise anatomical details of the architecture of the biliary tree up to third order divisions. Biliary imaging can be improved by the application of real-time intraoperative three-dimensional cholangiography. For the development of computer-aided navigation in hepatobiliary procedures, this technique could be an important prerequisite for defining landmarks of the liver in a three-dimensional space.

Diethylhexylphthalate extracted by typical newborn lipid emulsions from polyvinylchloride infusion systems causes significant changes in histology of rabbit

Background: Looking for a candidate substance inducing hepatobiliary dysfunction under parenteral nutrition (PN) in newborns, we recently discovered that newborn infusions extract large amounts of the plasticizer diethylhexylphthalate (DEHP) from commonly used polyvinylchloride (PVC) infusion lines. This plasticizer is well known to be genotoxic and teratogenic in animals and to cause changes in various organs and enzyme systems even in humans. The aim of this study was to examine the effect of DEHP, extracted in the same way and in the same amount as in newborns, on livers of young rabbits. Methods: Prepubertal rabbits received lipid emulsion through central IV lines continuously for 3 weeks either via PVC or polyethylene (PE) infusion systems. Livers were examined after 1 and 3 weeks by light and electron microscopy. Results: By light microscopy, hydropic degeneration, single-cell necrosis, fibrosis, and bile duct proliferation were observed more in the PVC group. Electron microscopy revealed multiple nuclear changes, clusters and atypical forms of peroxisomes, proliferation of smooth endoplasmic reticulum, increased deposition of lipofuscin, and a mild perisinusoidal fibrosis only in the PVC group. These changes, which are generally regarded as reaction upon a toxic stimulus, could be exclusively attributed to DEHP. Conclusions: This investigation proved that DEHP produces toxin-like changes in livers of young rabbits in the same dose, duration, and method of administration as in newborn infants. For this reason, it is likely that DEHP is the substance that causes hepatobiliary dysfunction in newborns under PN. Possible modes of action of DEHP are proposed.

Imaging diagnosis-extrahepatic biliary tract obstruction secondary to a duodenal foreign body in a cat

A 13-month-old, neutered female domestic shorthaired cat was evaluated for vomiting, anorexia, and lethargy. The cat was icteric and hyperbilirubinemic. Radiographically a partially radiolucent proximal duodenal foreign body was suspected. Ultrasonographically, there was a foreign body at the level of the duodenal papilla and dilation of the common bile duct and cystic duct; a diagnosis of extrahepatic biliary tract obstruction secondary to a duodenal foreign body was made. Sonographic findings were confirmed at surgery and a duodenal foreign body was removed. This information defines duodenal foreign body as a cause of extrahepatic biliary obstruction in cats.