Dokument: In vivo Charakterisierung Amyloid-β-Oligomer eliminierender D-enantiomerer Peptide zur Therapie der Alzheimer’schen Demenz

Titel:	In vivo Charakterisierung Amyloid-β-Oligomer eliminierender D-enantiomerer Peptide zur Therapie der Alzheimer’schen Demenz
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45593
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180411-095800-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schemmert, Sarah [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 56,34 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.04.2018 / geändert 09.04.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Langen, Karl-Josef [Gutachter] Prof. Dr. Sticht, Heinrich [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Alzheimer’sche Demenz (AD) ist eine unheilbare, neurodegenerative Erkrankung, pathologisch charakterisiert durch zerebrale Amyloid-β (Aβ)-Ablagerungen und neurofibrilläre Bündel, einhergehend mit einem progressivem Verlust der Gedächtnisleistung. Die Suche nach einer kausalen Therapie gegen die AD stellt Forscher, aufgrund der Komplexität der multifaktoriellen Erkrankung, weltweit vor eine enorme Herausforderung. Derzeit zugelassene Medikationen bewirken ausschließlich eine Verzögerung der klinischen Symptome, oft einhergehend mit unerwünschten Nebenwirkungen, ohne die kausale Ursache der Erkrankung zu behandeln. Seit mehreren Jahren forscht die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Willbold am Forschungszentrum Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf an einer kausalen Therapie gegen die AD, die selektiv toxische Amyloid-β-Oligomere eliminiert, um deren Neurotoxizität zu reduzieren. Diese Therapie beruht auf Peptiden, einzig bestehend aus D-enantiomeren Aminosäureresten, die mittels Spiegelbild-Phagendisplay gegen monomeres Aβ selektiert worden sind. Ausgehend von der Leitsubstanz D3, die sowohl in vitro gezielt toxische Aβ-Oligomere eliminiert und in vivo in verschiedenen AD-Mausmodellen den Wirksamkeitsnachweis erbracht hat, wurden verschiedene D3-Derivate entwickelt. Das vielversprechendste dieser Derivate, RD2, wurde in dieser Arbeit ausgiebig charakterisiert. Dazu erfolgte eine detaillierte in vitro Charakterisierung die zeigte, dass RD2 toxische Aβ-Oligomere effizienter eliminiert als die Leitsubstanz D3 sowie anschließend Behandlungsstudien in verschiedenen AD-Mausmodellen. In einer initialen Studie konnte belegt werden, dass RD2 nach einer vier-wöchigen intraperitonealen Behandlung die kognitiven Fähigkeiten steigert ohne die AD-assoziierte Pathologie zu beeinflussen. Aufgrund der erfolgreichen initialen Behandlungsstudie und der zu diesem Zeitpunkt bekannten Daten über die orale Verfügbarkeit wurden verschiedene orale Behandlungsstudien mit RD2 in verschiedenen AD-Mausmodellen durchgeführt. In einer groß angelegten in vivo Studie, in der mehrere D3-Derivate zeitgleich im APPSL AD-Mausmodell oral getestet worden sind, konnte belegt werden, dass RD2 und das D3-Tandemderivat D3D3 die kognitiven Fähigkeiten der Mäuse steigerte. Jedoch konnte auch hier keine Änderung der AD-assoziierten Pathologie verzeichnet werden. In einer weiteren Behandlungsstudie, in der alte APPswe/PS1ΔE9 Mäuse mit starken kognitiven Beeinträchtigungen und einer ausgeprägten AD-assoziierten Pathologie oral behandelt wurden, konnte gezeigt werden, dass RD2 die kognitiven Fähigkeiten in diesem AD-Modell signifikant steigert. Neben der Steigerung der kognitiven Fähigkeiten konnte ein signifikanter Rückgang der Aβ-Ablagerungen im Kortex gezeigt werden. Weiterhin wurde erstmalig der Beweis erbracht, dass RD2 signifikant toxische Aβ-Oligomere in den Gehirnen der behandelten Mäuse reduziert (sog. „Target Engagement“). Trotz der hoch eingesetzten Dosierung wurden keine unerwünschten Arzneimittelwirkungen nachgewiesen, welches durch eine Analyse diverser Plasmaenzymparameter sowie verschiedener Zytokine und Chemokine im Plasma belegt wurde. In einer weiteren oralen Behandlungsstudie an einem AD-Mausmodell, den sog. TBA2.1 Mäusen, welches durch motorische Defizite und eine enorme Neurodegeneration charakterisiert ist, konnte demonstriert werden, dass RD2 den sich progressiv ausbildenden Phänotyp signifikant verringert. Zusammenfassend zeigte RD2 in drei AD-Mausmodellen, in drei verschiedenen Laboratorien, selbst nach oraler Applikation eine signifikante Verbesserung, ohne unerwünschte Arzneimittelwirkungen aufzuweisen. Die erfolgsversprechenden pharmakokinetischen Eigenschaften, wie eine lange terminale Halbwertszeit, eine hohe orale Bioverfügbarkeit (über 70%) und ein Überwinden der Blut-Hirn-Schranke, sodass der Wirkstoff seinen Zielort erreichen kann sowie die herausragenden pharmakodynamischen Eigenschaften (selbst nach oraler Applikationen) qualifizieren RD2 als einen möglichen Kandidaten für eine erste Anwendung im Menschen und bietet eine neuartige Substanzklasse zur kausalen und erkrankungsmodifizierenden Therapie der AD Alzheimer’s disease (AD) is an incurable neurodegenerative disorder, mainly characterized by amyloid-β (Aβ)-deposits and neurofibrillary tangles, resulting in cognitive decline of the affected patients. Despite considerable efforts by scientists all over the world, no disease modifying or curative treatment against this multifactorial disease is available so far. Currently, approved medications only slow down the disease symptoms accompanied by undesirable adverse drug reactions. Since several years, Prof. Dr. Dieter Willbold’s group at the Forschungszentrum Jülich and the Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf is looking for a disease modifying therapy against AD. Their approach is based on the specific and direct elimination of toxic Aβ-oligomers. The elimination of toxic Aβ-oligomers is achieved by peptides solely consisting of D-enantiomeric amino acid residues, which were identified by mirror image phage display. Originating from the lead compound D3, which eliminates toxic Aβ-oligomers in vitro and enhances cognition in vivo in several AD mouse models, different lead optimization approaches were conducted. In this thesis, RD2, the most promising D3-derivative, was intensively characterized. For this purpose, several in vitro experiments were conducted, revealing that RD2 eliminates toxic Aβ oligomers more efficiently than D3. Moreover, treatment studies were performed to verify RD2’s in vivo efficacy. In an initial intraperitoneal treatment study, it was proven that RD2 enhances cognition impairment without changing the AD-associated pathology in the brain. Based on the positive outcome of this study and the determined oral bioavailability, different oral RD2-treatment studies were conducted. In a large-scale oral treatment study in APPSL AD mice several D3-derivatives were directly compared. This study revealed that RD2, as well as the D3-tandem derivative D3D3, improved cognition. Again, there were no differences in the AD-associated pathology. Within a further treatment study, old-aged APPswe/PS1ΔE9 with severe cognitive impairments and a full-blown pathology were orally treated, resulting in a significant improvement of cognition. Besides the amelioration of cognitive impairments, a significant reduction of Aβ-deposits was demonstrated in this study. For the first time, it was proven that RD2 eliminates toxic Aβ-oligomers out of RD2-treated brains (target engagement). Despite the high administered dose, no adverse drug reactions were observed by analysis of different plasma enzymes, as well as different cytokines and chemokines. Additionally, an oral treatment study was performed in an AD mouse model, the TBA2.1 mouse model, which is characterized by a motor phenotype and enormous neurodegeneration. It was shown that RD2 significantly decelerates the neurodegenerative phenotype. In this thesis, the proof of concept of RD2 was demonstrated in various AD mouse models in different laboratories, even after oral administration. Amelioration of cognition and the deceleration of a neurodegenerative phenotype were demonstrated without exhibiting adverse drug reactions. The promising pharmacokinetic properties, e.g. the high oral bioavailability, the long terminal half-life, and the favorable blood-brain-barrier penetration, even after oral administration, qualify RD2 as a potential first-in-man, first-in-class drug candidate for a disease modifying and curative treatment of AD.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie
Dokument erstellt am:	11.04.2018
Dateien geändert am:	11.04.2018
Promotionsantrag am:	30.01.2018
Datum der Promotion:	28.03.2018