| Motivation; Der durch HCN-Kanäle fließende humane Schrittmacherstrom besteht aus der spannungs- und zeitunabhängigen Komponente Iinst und der spannungs- und zeitabhängigen Komponente If, und trägt maßgeblich zur diastolischen Depolarisationsphase von Aktionspotentialen spontanaktiver Zellen des Sinusknotens bei. Durch If-Blockade kann die Dauer des Schrittmacherpotentials verlängert und damit die Verringerung der Herzfrequenz erreicht werden, was im pharmazeutischen Wirkstoff Ivabradin Anwendung findet. Eine derzeit laufende klinische Studie (MODIfY-Trial) erforscht die Anwendung von Ivabradin an septischen Patienten, denn eine niedrigere Herzfrequenz deutet auf eine bessere Prognose hin. Sepsis wird u.a. durch Lipopolysaccharide (LPS) ausgelöst, die Bestandteile von Zellwänden gram-negativer Bakterien sind. LPS kommt natürlicherweise in zwei Grundformen vor: Die S-Form(S-LPS) enthält alle drei möglichen Bestandteile des Moleküls: Lipid A, Oligosaccharid- und Polysaccharidanteil (O-Kette). Bei der R-Form fehlt die O-Kette. Ebenso wie Ivabradin übt auch S-LPS (nicht aber R-LPS) eine hemmende Wirkung auf If bei akuter und chronischer Applikation in isolierten Herzmuskelzellen aus, wobei – im Gegensatz zu Ivabradin, welches an den HCN-Kanal bindet und diesen dadurch blockiert – der Mechanismus der If-Inhibierung durch S-LPS unbekannt ist. Da beide Substanzen If blockieren, ist eine Erforschung der gemeinsamen Wirkung in klinischer und therapeutischer Hinsicht von Relevanz. Die zweite Komponente des Schrittmacherstroms, Iinst, spielt mit großer Wahrscheinlichkeit eine Rolle in der Generierung und Stabilisierung des Schrittmacherpotentials. Daher ist eine Beschreibung der Ivabradin- und LPS-Wirkung auf diese Komponente ebenfalls von Bedeutung.
Ziele; 1) Erforschung des akuten und chronischen Effekts von S-LPS und R-LPS auf If und Iinst. 2) Analyse der Interaktion von LPS und HCN-Kanälen. 3) Untersuchung der kombinierten Wirkung von LPS und Ivabradin auf If und Iinst. 4) Ermittlung der veränderten Schlagfrequenz einer Sinusknotenzelle (Computermodell Kaninchen) bei gleichzeitiger Anwesenheit von LPS und Ivabradin.
Methodik; Elektrophysiologische Messungen wurden mittels whole-cell patch-clamp Technik an isolierten humanen Vorhofzellen durchgeführt. Intrazelluläre Ivabradinkonzentrationen in Herzmuskelzellen des Meerschweinchens wurden durch HPLC bestimmt. Mittels Dot-Blot Analyse wurde die Interaktion des LPS Moleküls mit dem HCN-Kanalprotein (isoliert aus murinen Herzmuskelzellen) getestet. Elektrophysiologische Ergebnisse wurden in ein Computermodell einer Sinusknotenzelle (Kaninchen) implementiert (Matlab), um die Auswirkungen von Ivabradin und LPS auf die Schlagfrequenz zu bestimmen.
Ergebnisse; Nur S-LPS blockierte If unter akuter und chronischer Applikation (6 min bzw. 6 h Inkubationszeit, beides 10 µg/mL) und konnte an das HCN-Kanalprotein binden. Es konnte kein Akuteffekt auf Iinst festgestellt werden, weder durch S-LPS noch durch R-LPS. Die Blockade von Iinst passierte nur unter chronischer LPS-Einwirkung und war unabhängig vom Vorhandensein der O-Kette. R-LPS konnte nicht an das HCN-Protein binden.
Die If-inhibierende Wirkung von Ivabradine (1 µmol/L) war in LPS inkubierten Zellen (S- und R-Form) signifikant geringer als in Kontrollzellen, wobei in S-LPS inkubierten Zellen zusätzlich eine signifikant niedrigere intrazelluläre Ivabradinkonzentration gemessen wurde. Dennoch konnte Ivabradin die Schlagfrequenz der Sinusknotenzelle in silico in S-LPS-inkubierten Zellen weiter verringern.
Schlussfolgerungen; Experimentelle Daten wie auch Computersimulationen deuten darauf hin, dass die Verabreichung von Ivabradin eine therapeutische Maßnahme zur Herzfrequenzsenkung in Sepsis-assoziierten Krankheiten darstellen könnte. S-LPS übt eine If-inhibierende Wirkung durch die Bindung an das HCN-Protein aus. Der Inhibierung von If und Iinst scheinen unterschiedliche Mechanismen zugrunde zu liegen.
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