Optimierung der Pharmakotherapie schizophrener Patienten durch objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring

Der Erfolg einer Schizophrenie-Behandlung ist zum größten Teil abhängig vom Ansprechen des Patienten auf seine antipsychotische Medikation. Welches Medikament und welche Dosis bei einem individuellen Patienten wirksam sind, kann derzeit erst nach mehrwöchiger Behandlung beurteilt werden. Ein Grund für variierendes Therapieansprechen sind variable Plasmakonzentrationen der Antipsychotika. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, in wieweit der Therapieerfolg zu einem frühen Zeitpunkt der Behandlung durch objektive Symptomerfassung vorhersagbar ist und welche Faktoren die hohe Variabilität der Antipsychotikaspiegel im Blut beeinflussen. rnEine 18-monatige naturalistische klinische Studie an schizophrenen Patienten wurde durchgeführt, um folgende Fragen zu beantworten: Kann man das Therapieansprechen prädizieren und welche Instrumente sind dafür geeignet? Die Psychopathologie wurde anhand zweier Messskalen (Brief Psychiatric Rating Scale, BPRS und Clinical Global Impressions, CGI) wöchentlich ermittelt, um die Besserung der Krankheitssymptome im Verlauf von 8 Wochen zu bewerten. Therapiebegleitend wurden noch die Serum-Konzentrationen der Antipsychotika gemessen. Objektive Symptomerfassung durch BPRS oder CGI waren als Messinstrumente geeignet, Therapieansprechen vorherzusagen. Bezogen auf den Behandlungsbeginn war eine Verminderung der Symptome hoch prädiktiv für späteres Therapieversagen oder -ansprechen. Eine Verminderung um mehr als 36,5% auf der BPRS Skala in Woche 2 wurde als signifikanter Schwellenwert für Nichtansprechen ermittelt. Patienten, deren Symptombesserung unterhalb des Schwellenwertes lag, hatten eine 11,2-fach höhere Wahrscheinlichkeit, am Ende der Studie nicht auf ihre medikamentöse Therapie anzusprechen als die Patienten, die sich um mindestens 36,5% verbesserten. Andere Faktoren, wie Alter, Geschlecht, Dauer der Erkrankung oder Anzahl der stationären Aufenthalte hatten keinen Einfluss auf die Prädiktion des Therapieansprechens. Therapeutische Antipsychotika-Spiegel übten einen positiven Einfluss auf die Ansprechrate aus. Bei Patienten mit therapeutischen Spiegeln war das Ansprechen rascher und die Ansprechrate größer als unter denjenigen deren Spiegel außerhalb der therapeutisch üblichen Bereiche lag. rnEine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von TDM ist das Vorhandensein einer präzisen, reproduzierbaren, zeit- und kostensparenden analytischen Methode zur quantitativen Bestimmung der untersuchten Substanzen. Die Entwicklung und Validierung einer solchen geeigneten Methode wurde für den Nachweis von Haloperidol vorgenommen. Eine HPLC-Methode mit Säulenschaltung erwies sich für TDM geeignet. rnBasierend auf den Ergebnissen der eigenen klinischen Studie zur Response Prädiktion wurde untersucht, welche Faktoren die Variabilität der Pharmakokinetik von Antipsychotika beeinflussen. Die Variabilität der Pharmakokinetik ist ein Grund für fehlendes oder unzureichendes Ansprechen. Es wurde zum einen der Einfluss der galenischen Formulierung auf die Freisetzung und zum anderen der Einfluss von entzündlichen Prozessen auf die Metabolisierung eines Antipsychotikums untersucht. Dazu wurden Patientendaten retrospektiv ausgewertet.rnDie Analyse von 247 Serumspiegeln von Patienten, die mit Paliperidon in OROS®Formulierung, einer neu eingeführten Retardform, behandelt wurden, zeigte, dass die intraindividuelle Variabilität der Talspiegel (Vk) von Paliperidon 35% betrug. Er war damit vergleichbar wie für nicht retardiertes Risperidon 32% (p=n.s.). Die Retardierung hatte demnach keinen Varianz mindernden Effekt auf die Talspiegel des Antipsychotikums. Der Wirkstoff-Konzentrations-Bereich lag bei 21-55 ng/ml und entsprach ebenfalls nahezu dem therapeutischen Bereich von Risperidon (20-60 ng/ml). rnEntzündliche Prozesse können die Metabolisierung von Medikamenten verändern. Dies wurde bisher für Medikamente nachgewiesen, die über CYP1A2 abgebaut werden. Durch die eigene Analyse von 84 Patienten-Serumspiegeln konnte festgestellt werden, dass die Metabolisierung von Quetiapin während eines entzündlichen Prozesses beeinträchtigt war, wahrscheinlich durch Hemmung von CYP3A4. Dies sprach dafür, dass auch Wirkstoffe, die über CYP3A4 abgebaut werden, während eines entzündlichen Prozesses im Körper in ihrer Pharmakokinetik beeinträchtigt sein können. Aus diesem Grund sollte während einer Infektion unter der Therapie mit Quetiapin besonders auf die Nebenwirkungen geachtet werden und der Serumspiegel sollte in dieser Zeit überwacht werden, um den Patienten vor eventuellen Nebenwirkungen oder sogar Intoxikationen zu schützen. rnDie Befunde dieser Arbeit zeigen, dass bei einer Behandlung schizophrener Patienten mit Antipsychotika die Messung der Psychopathologie zur Vorhersage des Therapieansprechens und die Messung der Blutspiegel zur Identifizierung von Faktoren, die die pharmakokinetische Variabilität bedingen, geeignet sind. Objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring sind demnach Instrumente, die für die Steuerung der antipsychotischen Pharmakotherapie genutzt werden sollten.rn

Therapeutisches Drug Monitoring in der ambulanten Psychopharmakotherapie

Während Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) im klinischen Alltag der stationären Behandlung in der Psychiatrie bereits fest etabliert ist, kommt es in der ambulanten Betreuung von psychisch Kranken bislang noch selten zum Einsatz. Ziel dieser Arbeit war es zu klären, wie TDM im ambulanten Bereich eingesetzt wird, wann seine Anwendung sinnvoll ist und ob es Hinweise gibt, dass TDM zu einer besseren Psychopharmakotherapie beitragen kann. rnEine Grundvoraussetzung für den Einsatz von TDM ist die Messbarkeit des Arzneistoffes. Am Beispiel des Antipsychotikums Flupentixol wurde eine Quantifizierungsmethode entwickelt, validiert und in die Laborroutine integriert. Die neue Methode erfüllte alle nach Richtlinien vorgegebenen Anforderungen für quantitative Laboruntersuchungen. Die Anwendbarkeit in der Laborroutine wurde anhand von Untersuchungen an Patienten gezeigt. rnEine weitere Voraussetzung für eine TDM-geleitete Dosisanpassung ist die Kenntnis des therapeutischen Referenzbereiches. In dieser Arbeit wurde exemplarisch ein Referenzbereich für das Antipsychotikum Quetiapin ermittelt. Die Untersuchung verglich darüber hinaus die neu eingeführten Arzneiformulierung Quetiapin retard mit schnell freisetzendem Quetiapin. Es zeigte sich, dass die therapiebegleitenden Blutspiegelkontrollen beider Formulierungen mit der Einstellung des Blutspiegels auf den therapeutischen Bereich von 100 - 500 ng/ml die Wahrscheinlichkeit des Therapieansprechens erhöhen. Bei den verschiedenen Formulierungen musste unbedingt auf den Zeitpunkt der Blutentnahmen nach Einnahme geachtet werden.rnEs wurde eine multizentrische Querschnittsuntersuchung zur Analyse von TDM unter naturalistischen Bedingungen an ambulanten Patienten durchgeführt, und zwar in Ambulanzen, in denen TDM als fester Bestandteil der Therapieüberwachung genutzt wurde und in Ambulanzen, in denen TDM sporadisch engesetzt, bzw. neu eingeführt wurde. Nach dieser Erhebung schien die Anwendung von TDM zu einer besseren Versorgung der Patienten beizutragen. Es wurde festgestellt, dass in den Ambulanzen mit bewusster Anwendung von TDM mehr Patienten mit Blutspiegeln im therapeutischen Bereich vorkamen als in den Ambulanzen mit nur sporadisch durchgeführten Blutspiegelmessungen. Bei Letzteren betrug die mittlere Anzahl an Medikamenten pro Patient 2,8 gegenüber 2,2 in den anderen Ambulanzen, was mit höheren Nebenwirkungsraten einherging. Die Schlussfolgerung, dass das Einstellen der Blutspiegel auf den therapeutischen Bereich auch tatsächlich zu besseren Therapieeffekten führte, konnte mit der Studie nicht valide überprüft werden, da die Psychopathologie nicht adäquat abgebildet werden konnte. Eine weitere Erkenntnis war, dass das reine Messen des Blutspiegels nicht zu einer Verbesserung der Therapie führte. Eine Verbesserung der Anwendung von TDM durch die Behandler wurde nach einer Schulung festgestellt, die das Ziel hatte, die Interpretation der Blutspiegelbefunde im Kontext mit patienten- und substanzspezifischen Informationen zu verbessern. Basierend auf dieser Erfahrung wurden Arzneistoffdatenblätter für die häufigsten angewandten Antipsychotika und Antidepressiva entwickelt, um damit die ambulanten Ärzte für eine eigenständige Befundinterpretation zu unterstützen. rnEin weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen an ambulanten Patienten war die Aufdeckung von Non-Compliance durch TDM. Ein neu entwickeltes Verfahren, durch Berechnung der Streuung der mittleren Blutspiegel, erwies sich als geeignetes Instrument zur Compliance-Kontrolle in der Clozapin-Langzeittherapie. Es war etablierten anderen Verfahren überlegen. Demnach hatten Patienten ein erhöhtes Rückfallrisiko, wenn der Variationskoeffizient von nur drei nacheinander gemessenen Blutspiegeln größer als 20 % war. Da für die Beurteilung des Variationskoeffizienten das Messen von nur drei aufeinander folgenden Blutspiegeln notwendig war, kann diese Methode leicht in den ambulanten Alltag integriert werden. Der behandelnde Arzt hat so die Möglichkeit, einen rückfallgefährdeten Patienten noch vor seiner psychopathologischen Verschlechterung zu erkennen und ihn beispielsweise durch engmaschigeres Supervidieren vor einem Rückfall zu bewahren.rnAlles in allem konnte durch die eigenen Untersuchungen an psychiatrischen Patienten, die unter naturalistischen Bedingungen behandelt wurden, gezeigt werden, wie die Voraussetzungen für die Anwendung von TDM geschaffen werden, nämlich durch die Etablierung und Validierung einer Messmethode und durch die Evaluierung eines therapeutischen Referenzbereiches und wie TDM bei adäquatem Einsatz, nach Verbesserung der Compliance und des Kenntnisstandes der behandelnden Ärzte im praktischen und theoretischen Umgang mit TDM, die Versorgung ambulanter psychiatrischer Patienten unterstützen kann.

Specific enzymatic cleavage and payload release from peptide-based hybrid nanocapsules

Within this thesis, new approaches for the concepts of peptide-polymer conjugates and peptide-based hybrid nanomaterials are investigated. In the first part, the synthesis of a triblock polymer-peptide-polymer is carried out following a typical peptide coupling reaction, both in solution and on solid-phase. The peptide sequence is chosen, so that it is cleaved by an enzyme preparation of trypsin. End-functionalized polystyrene is used as a model hydrophobic polymer and coupled to the peptide sequence. The results show successful coupling reactions in both methods, while the solid phase method produced a more defined product. Suspensions, consisting of peptide-polymer conjugates particles, are prepared in water by ultrasonication. In contact with the enzyme, the peptide constituting the conjugated particles is cleaved. This demonstrates the enzymatic cleavage in heterophase of enzymatic sequence bond to hydrophobic polymers, and is of great interest for the encapsulation and delivery of hydrophobic molecules.rnA second approach is the preparation of peptide-based hybrid nanocapsules. This is achieved by interfacial polyaddition in inverse miniemulsion with the peptide sequence functionalized with additional amino acids. A method suitable to the use of a peptide sequence for interfacial polyaddition was developed. It is shown that, the polarity of the dispersed phase influences the structures prepared, from particle-like to polymeric shell with a liquid core.rnThe peptide sequence is equipped with a FRET pair (more exactly, an internally-quenched fluorescent system) which allows the real-time monitoring of the enzymatic cleavage of the recognition site. This system shows the successful cleavage of the peptide-based nanocapsules when trypsin preparation is added to the suspensions. A water-soluble fluorescent polymer is efficiently entrapped and its possible use as marker for the capsules is highlighted. Furthermore, a small water-soluble fluorescent dye (SR-101) is successfully encapsulated and the encapsulation efficiency as a function of the functionality of the peptide and the amount of comonomer equivalent (toluene diisocyanate) is studied. The dye is encapsulated at such a high concentration, that self-quenching occurs. Thus, the release of the encapsulated dye triggered by the enzymatic cleavage of the peptide results in a fluorescence recovery of the dye. The fluorescence recovery of the FRET pair in the peptide and of the encapsulated dye correlate well.rnFinally, nanocapsules based on a hepsin-cleavable peptide sequence are prepared. Hepsin is an enzyme, which is highly upregulated in prostate cancer cells. The cleavage of the nanocapsules is investigated with healthy and “cancerous” (hepsin-expressing) cell cultures. The degradation, followed via fluorescence recovery of the FRET system, is faster for the suspensions introduced in the hepsin expressing cell cultures.rnIn summary, this work tackles the domain of responsive nanomaterials for drug delivery from a new perspective. It presents the adaptation of the miniemulsion process for hybrid peptide-based materials, and their successful use in preparing specific enzyme-responsive nanoparticles, with hydrophilic payload release properties.rn

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

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

In vitro detection of cytotoxic T and NK cells in peripheral blood of patients with various drug-induced skin diseases

BACKGROUND: Cytotoxic cells are involved in most forms of drug-induced skin diseases. Till now, no in vitro test addressed this aspect of drug-allergic responses. Our report evaluates whether drug-induced cytotoxic cells can be detected in peripheral blood of nonacute patients with different forms of drug hypersensitivity, and also whether in vitro detection of these cells could be helpful in drug-allergy diagnosis. METHODS: GranzymeB enzyme-linked immunosorbent spot-forming (ELISPOT) and cell surface expression of the degranulation marker CD107a were evaluated on peripheral blood mononuclear cells from 12 drug-allergic patients in remission state and 16 drug-exposed healthy controls. RESULTS: In 10/12 allergic patients culprit but not irrelevant drug elicited granzymeB release after 48-72 h stimulation. It was clearly positive in patients with high proliferative response to the drug, measured in lymphocyte transformation tests. In patients, who showed moderate or low proliferation and low drug-response in granzymeB ELISPOT, overnight preincubation with interleukin (IL)-7/IL-15 enhanced drug-specific granzymeB release and allowed to clearly identify the offending agent. CD107a staining was positive on CD4+/CD3+, CD8+/CD3+ T cells as well as CD56+/CD3- natural killer cells. None of the drug-exposed healthy donors reacted to the tested drugs and allergic patients reacted only to the offending, but not to tolerated drugs. CONCLUSION: GranzymeB ELISPOT is a highly specific in vitro method to detect drug-reacting cytotoxic cells in peripheral blood of drug-allergic patients even several years after disease manifestation. Together with IL-7/IL-15 preincubation, it may be helpful in indentifying the offending drug even in some patients with weak proliferative drug-response.

Drug eluting balloons

Ever since the first percutaneous transluminal angioplasty (PTA) was carried out in Switzerland in 1977, restenosis remains a major drawback of this minimally invasive treatment intervention. Numerous attempts to increase vessel patency after PTA have included systemic medications and endovascular brachytherapy, but these techniques have not met our expectations in preventing restenosis. Nitinol stents have been shown to reduce rates of restenosis and target lesion revascularization in patients undergoing endovascular treatment of long femoropopliteal obstructions. Despite further technical refinements in nitinol stent technology, restenosis occurs in approximately every third patient undergoing femoropopliteal stenting. Similarly, initial clinical trials with drug-eluting stents have failed to indicate restenosis inhibition in femoropopliteal segment. Unfortunately, restenosis rates after below-the-knee PTA and stenting have been reported to be even higher than those following femoropopliteal revascularization. Current concepts for the prevention and treatment of restenosis after PTA or stenting include the sustained release of antiproliferative paclitaxel into the vessel wall. Drug eluting balloons are a promising, novel technology aimed at inhibiting restenosis after PTA. Its clinical efficacy in reducing restenosis has already been proven for coronary arteries as well as for the femoropopliteal segment. The purpose of this article is to review the clinical utility of drug-eluting balloons for lower limb endovascular interventions.

The effect of a slow mode of BMP-2 delivery on the inflammatory response provoked by bone-defect-filling polymeric scaffolds

We investigated the inflammatory response to, and the osteoinductive efficacies of, four polymers (collagen, Ethisorb, PLGA and Polyactive) that bore either an adsorbed (fast-release kinetics) or a calcium-phosphate-coating-incorporated (slow-release kinetics) depot of BMP-2. Titanium-plate-supported discs of each polymer (n = 6 per group) were implanted at an ectopic (subcutaneous) ossification site in rats (n = 48). Five weeks later, they were retrieved for a histomorphometric analysis of the volumes of ectopic bone and foreign-body giant cells (a gauge of inflammatory reactivity), and the degree of polymer degradation. For each polymer, the osteoinductive efficacy of BMP-2 was higher when it was incorporated into a coating than when it was directly adsorbed onto the material. This mode of BMP-2 carriage was consistently associated with an attenuation of the inflammatory response. For coated materials, the volume density of foreign-body giant cells was inversely correlated with the volume density of bone (r(2) = 0.96), and the volume density of bone was directly proportional to the surface-area density of the polymer (r(2) = 0.97). Following coating degradation, other competitive factors, such as the biocompatibility and the biodegradability of the polymer itself, came into play.

Pi release from myosin: a simulation analysis of possible pathways

The release of phosphate (Pi) is an important element in actomyosin function and has been shown to be accelerated by the binding of myosin to actin. To provide information about the structural elements important for Pi release, possible escape pathways from various isolated myosin II structures have been determined by molecular dynamics simulations designed for studying such slow processes. The residues forming the pathways were identified and their role was evaluated by mutant simulations. Pi release is slow in the pre-powerstroke structure, an important element in preventing the powerstroke prior to actin binding, and is much more rapid for Pi modeled into the post-rigor and rigor-like structures. The previously proposed backdoor route is dominant in the pre-powerstroke and post-rigor states, whereas a different path is most important in the rigor-like state. This finding suggests a mechanism for the actin-activated acceleration of Pi release.

Slow fertilization of stickleback eggs: the result of sexual conflict?

BACKGROUND: The fertilization success in sperm competition in externally fertilizing fish depends on number and quality of sperm. The time delay between sequential ejaculations may further influence the outcome of sperm competition. Such a time interval can load the raffle over fertilization if fertilization takes place very fast. Short fertilization times are generally assumed for externally fertilizing fish such as the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus). In this pair-spawning fish, territorial males often try to steal fertilizations in nests of neighbouring males. This sneaking behaviour causes sperm competition. Sneakers will only get a share of paternity when eggs are not fertilized immediately after sperm release. Contrary to males, females may be interested in multiple paternity of their clutch of eggs. There thus may be a sexual conflict over the speed of fertilization. RESULTS: In this study we used two different in vitro fertilization experiments to assess how fast eggs are fertilized in sticklebacks. We show that complete fertilization takes more than 5 min which is atypically long for externally fertilizing fishes. CONCLUSION: This result suggests that the time difference does not imply high costs to the second stickleback male to ejaculate. Slow fertilization (and concomitant prolonged longevity of sperm) may be the result of sexual conflict in which females aimed at complete fertilization and/or multiple paternity.

Drug-eluting stent and coronary thrombosis: biological mechanisms and clinical implications

Although rare, stent thrombosis remains a severe complication after stent implantation owing to its high morbidity and mortality. Since the introduction of drug-eluting stents (DES), most interventional centers have noted stent thrombosis up to 3 years after implantation, a complication rarely seen with bare-metal stents. Some data from large registries and meta-analyses of randomized trials indicate a higher risk for DES thrombosis, whereas others suggest an absence of such a risk. Several factors are associated with an increased risk of stent thrombosis, including the procedure itself (stent malapposition and/or underexpansion, number of implanted stents, stent length, persistent slow coronary blood flow, and dissections), patient and lesion characteristics, stent design, and premature cessation of antiplatelet drugs. Drugs released from DES exert distinct biological effects, such as activation of signal transduction pathways and inhibition of cell proliferation. As a result, although primarily aimed at preventing vascular smooth muscle cell proliferation and migration (ie, key factors in the development of restenosis), they also impair reendothelialization, which leads to delayed arterial healing, and induce tissue factor expression, which results in a prothrombogenic environment. In the same way, polymers used to load these drugs have been associated with DES thrombosis. Finally, DES impair endothelial function of the coronary artery distal to the stent, which potentially promotes the risk of ischemia and coronary occlusion. Although several reports raise the possibility of a substantially higher risk of stent thrombosis in DES, evidence remains inconclusive; as a consequence, both large-scale and long-term clinical trials, as well as further mechanistic studies, are needed. The present review focuses on the pathophysiological mechanisms and pathological findings of stent thrombosis in DES.

Differences in the EEG profiles of early and late responders to antipsychotic treatment in first-episode, drug-naive psychotic patients

The aim of this study was to search for differences in the EEG of first-episode, drug-naive patients having a schizophrenic syndrome which presented different time courses in response to antipsychotic treatment. Thirteen patients who fulfilled DSM-IV diagnosis for schizophrenia or schizophreniform disorder participated in this study. Before beginning antipsychotic treatment, the EEG was recorded. On the same day psychopathological ratings were assessed using the ADMDP system, and again after 7 and 28 days of treatment. The resting EEG (19 leads) was subject to spectral analysis involving power values for six frequency bands. The score for the schizophrenic syndrome was used to divide the patients into two groups: those who displayed a clinically meaningful improvement of this syndrome (reduction of more than 30%) after 7 days of treatment (early responders, ER) and those who showed this improvement after 28 days (late responders. LR). Analysis of variance for repeated measures between ER, LR and their matched controls with the 19 EEG leads yielded highly significant differences for the factor group in the alpha2 and beta2 frequency band. No difference was found between the slow-wave frequency bands. Compared to controls the LR group showed significantly higher alpha2 and beta2 power and, in comparison to the ER group, significantly higher alpha2 power. There were no significant differences between the ER and the control group. These findings point to differences in brain physiology between ER and LR. The implications for diagnosis and treatment are discussed.

Antibiotic-dependent correlation between drug-induced killing and loss of luminescence in Streptococcus gordonii expressing luciferase

Measuring antibiotic-induced killing relies on time-consuming biological tests. The firefly luciferase gene (luc) was successfully used as a reporter gene to assess antibiotic efficacy rapidly in slow-growing Mycobacterium tuberculosis. We tested whether luc expression could also provide a rapid evaluation of bactericidal drugs in Streptococcus gordonii. The suicide vectors pFW5luc and a modified version of pJDC9 carrying a promoterless luc gene were used to construct transcriptional-fusion mutants. One mutant susceptible to penicillin-induced killing (LMI2) and three penicillin-tolerant derivatives (LMI103, LMI104, and LMI105) producing luciferase under independent streptococcal promoters were tested. The correlation between antibiotic-induced killing and luminescence was determined with mechanistically unrelated drugs. Chloramphenicol (20 times the MIC) inhibited bacterial growth. In parallel, luciferase stopped increasing and remained stable, as determined by luminescence and Western blots. Ciprofloxacin (200 times the MIC) rapidly killed 1.5 log10 CFU/ml in 2-4 hr. Luminescence decreased simultaneously by 10-fold. In contrast, penicillin (200 times the MIC) gave discordant results. Although killing was slow (< or = 0.5 log10 CFU/ml in 2 hr), luminescence dropped abruptly by 50-100-times in the same time. Inactivating penicillin with penicillinase restored luminescence, irrespective of viable counts. This was not due to altered luciferase expression or stability, suggesting some kind of post-translational modification. Luciferase shares homology with aminoacyl-tRNA synthetase and acyl-CoA ligase, which might be regulated by macromolecule synthesis and hence affected in penicillin-inhibited cells. Because of resemblance, luciferase might be down-regulated simultaneously. Luminescence cannot be universally used to predict antibiotic-induced killing. Thus, introducing reporter enzymes sharing mechanistic similarities with normal metabolic reactions might reveal other effects than those expected.

Gastric pharmacobezoars in quetiapine extended-release overdose: a case series

OBJECTIVE Although extended-release (XR) formulations are recognized to bear some risk of pharmacobezoar formation in overdose, there are no previously documented reports of this phenomenon with quetiapine. We describe nine cases of pharmacobezoar formation in acute quetiapine XR overdose. METHODS Observational case series of all patients who underwent gastroscopy after quetiapine XR overdose, which were reported by physicians to the Swiss Toxicological Information Centre between January 2010 and December 2012, with detailed analysis of cases with documented pharmacobezoar. RESULTS Gastric pharmacobezoars were detected in 9 out of 19 gastroscopic evaluations performed during the study period. All these patients ingested a large dose of quetiapine XR (10-61 tablets; 6-24.4 g quetiapine). All patients but one also coingested at least one other substance, and in three cases another XR drug formulation. Gastroscopic pharmacobezoar removal was achieved without complications in all patients, but was difficult due to the particular "gelatinous-sticky-pasty" consistency of the concretion. The subsequent clinical course was favorable. CONCLUSIONS The possibility of pharmacobezoar formation following a large quetiapine XR overdose should be considered, as this may influence acute patient management. Complete endoscopic pharmacobezoar removal may be a promising approach in selected cases, but further studies are needed to define its role.

High-speed rotational atherectomy before paclitaxel-eluting stent implantation in complex calcified coronary lesions: the randomized ROTAXUS (Rotational Atherectomy Prior to Taxus Stent Treatment for Complex Native Coronary Artery Disease) trial

OBJECTIVES This study sought to determine the effect of rotational atherectomy (RA) on drug-eluting stent (DES) effectiveness. BACKGROUND DES are frequently used in complex lesions, including calcified stenoses, which may challenge DES delivery, expansion, and effectiveness. RA can adequately modify calcified plaques and facilitate stent delivery and expansion. Its impact on DES effectiveness is widely unknown. METHODS The ROTAXUS (Rotational Atherectomy Prior to TAXUS Stent Treatment for Complex Native Coronary Artery Disease) study randomly assigned 240 patients with complex calcified native coronary lesions to RA followed by stenting (n = 120) or stenting without RA (n = 120, standard therapy group). Stenting was performed using a polymer-based slow-release paclitaxel-eluting stent. The primary endpoint was in-stent late lumen loss at 9 months. Secondary endpoints included angiographic and strategy success, binary restenosis, definite stent thrombosis, and major adverse cardiac events at 9 months. RESULTS Despite similar baseline characteristics, significantly more patients in the standard therapy group were crossed over (12.5% vs. 4.2%, p = 0.02), resulting in higher strategy success in the rotablation group (92.5% vs. 83.3%, p = 0.03). At 9 months, in-stent late lumen loss was higher in the rotablation group (0.44 ± 0.58 vs. 0.31 ± 0.52, p = 0.04), despite an initially higher acute lumen gain (1.56 ± 0.43 vs. 1.44 ± 0.49 mm, p = 0.01). In-stent binary restenosis (11.4% vs. 10.6%, p = 0.71), target lesion revascularization (11.7% vs. 12.5%, p = 0.84), definite stent thrombosis (0.8% vs. 0%, p = 1.0), and major adverse cardiac events (24.2% vs. 28.3%, p = 0.46) were similar in both groups. CONCLUSIONS Routine lesion preparation using RA did not reduce late lumen loss of DES at 9 months. Balloon dilation with only provisional rotablation remains the default strategy for complex calcified lesions before DES implantation.