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Pirfenidon verhindert die neointimale Hyperplasie nach Ballondenudation der Arteria carotis der Ratte

Pirfenidone prevents intimal hyperplasia following rat carotid balloon injury

Backes, Andreas


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Neointima , Pirfenidon , extrazelluläre Matrix , Ballondenudation , Vaskuloproliferation
Freie Schlagwörter (Englisch): neointima , Pirfenidone , extracellular matrix
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinische Klinik Innere Medizin I, Abteilung Kardiologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.06.2007
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 06.07.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Das Charakteristikum vaskulär proliferativer Erkrankungen ist die lokal hohe Konzentration von Wachstumsfaktoren und Zytokinen, welche die Migration und Proliferation vieler glatter Gefäßmuskelzellen sowie die Produktion extrazellulärer Matrixproteine (ECM) induzieren. Schlüsselprozesse neointimaler Formationen sind vaskuläres Remodeling und die später folgende Lumeneinengung.
Die Hypothese dieser Arbeit bestand nun darin, dass die Inhibition der ECM-Synthese eine interessante neue Strategie zur Prävention traumatisch induzierter Neointimabildung darstellt. Die A. carotis am Rattenmodell wurde mit Hilfe eines Ballonkatheters dilatiert. Anschließend konnte den Tieren Pirfenidon zugeführt werden (1 g/kg KG, per os mit der üblichen Nahrung), eine neue antifibrotisch wirkende Substanz, welche schon in anderen Versuchsreihen eine Hemmung der durch Wachstumsfaktoren induzierten Kollagensynthese aufwies. Zwei Wochen später wurden die Gefäße entnommen und histologische Querschnitte angefertigt, welche der computergesteuerten Morphometrie zugeführt wurden. Die Ergebnisse konnten mit den Resultaten einer unbehandelten dilatierten Gruppe (jeweils n=6) verglichen werden. Die neointimale proliferative Aktivität wurde immunhistochemisch durch Auszählung PCNA positiver Nuklei quantifiziert. Kollagene Strukturen konnten mit der Picrosirius-rot Färbung visualisiert werden, ergänzt durch ein semi-quantitatives Northern Blot-Verfahren. Der Gehalt neointimaler glatter Gefäßmuskelzellen konnte durch Anfärbung des a-Aktins immunhistochemisch dargestellt werden.
Die unbehandelte Kontrollgruppe bildete innerhalb 14 Tage eine starke Neointima aus (I/M = Intima-Media-Ratio : 2,42 ± 0,15). Dies entsprach einer luminalen Einengung von 89,2%. Der neointimale Hauptbestandteil wurde durch glatte Gefäßmuskelzellen gebildet welche in kollagenen Strukturen eingebettet waren. Die Neointimabildung konnte bei den mit Pirfenidon behandelten Tieren deutlich reduziert werden (I/M: 0,22 ± 0,08, P<0,001). Dies entsprach einer Lumeneinengung von 7,9%. Die proliferative Aktivität der ortsständigen Zellen konnte durch das Medikament nicht beeinflusst werden. 4,4% (behandelte Tiere) vs. 4,8% (unbehandelte Tiere) der neointimalen Zellen färbten sich PCNA-positiv. Durch die Picrosirius Rot-Färbung zeigte sich jedoch, dass die Kollagendeposition bei der therapierten Gruppe nahezu aufgehoben war, was sich zusätzlich durch ein entsprechendes Northern Blot- Verfahren bestätigte.
Pirfenidon wird gegenwärtig in klinischen Studien zur Behandlung verschiedener fibrosierender Erkrankungen erforscht. In dieser Versuchsreihe kristallisierte sich die Fähigkeit heraus, die neointimale Gefäßläsion durch vorwiegende Hemmung extrazellulärer Matrixdeposition zu minimieren. Die extrazelluläre Matrix stellt möglicherweise einen interessanten Ansatzpunkt zur Prävention vaskulärer proliferativer Erkrankungen dar.
Kurzfassung auf Englisch: Vascular proliferative diseases are characterized by high local concentrations of growth factors and cytokines which induce migration and proliferation of mainly vascular smooth muscle cells and the synthesis of extracellular matrix molecules (ECM). Either are key processes of neointima formation, vascular remodeling and late lumen loss.

We hypothesized that inhibition of ECM synthesis represents an intriguing new strategy to prevent trauma-induced neointima formation. We balloon-injured rat carotid arteries and treated the animals with pirfenidone (1 g/kg body weight, per os with the regular diet), a new anti-fibrotic agent which has been demonstrated to prevent growth factor-induced collagen synthesis. Two weeks later, computer-aided morphometry was done and compared with untreated controls (each n= 6). Neointimal proliferative activity was quantified immunohistochemically by counting PCNA positive nuclei and collagen deposition was visualized by picrosirius red staining and semi-quantified by Northern Blot. Smooth muscle cell α-actin was detected immunohistochemically.
Control-injured animals developed marked neointimal thickening within 2 weeks (I/M, mean intima:media ratio 2.42 ± 0.15) resulting in a 89.2% luminal narrowing. The neointima mainly consisted of vascular smooth muscle cells embedded in collagen. Neointima formation was strongly reduced when balloon-injured animals had been treated with pirfenidone (I/M ratio 0.22 ± 0.08, P< 0.001), resulting in a minimal residual narrowing of the lumen (7,9%). Proliferative activity within the neointima was unaffected by the drug. 4,4% vs. 4,8% of neointimal cells stained positive for PCNA in carotid arteries of treated vs. untreated animals, respectively. However, picrosirius red staining demonstrataed that collagen deposition was nearly abolished, a finding which was further confirmed by Northern Blot of homogenized vessels.

Pirfenidone, currently beeing investigated clinically for the treatment of various fibrotic diseases, is able to prevent neointimal lesion formation most likely through inhibition of local ECM deposition. Targeting matrix deposition may have an intriguing potential for the prevention of vascular proliferative diseases.