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Effects of Riociguat and Sildenafil in a murine model of chronic right ventricular pressure overload

Effekte von Riociguat und Sildenafil in einem murinen Modell der chronischen rechtsventrikulären Drucküberlast

Schymura, Yves


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-98181
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2013/9818/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): NO , Herz , Hypertrophie , sGC , PDE
Freie Schlagwörter (Englisch): NO , Heart, Hypertrophy , sGC , PDE
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Max-Planck-Insitut für Herz- und Lungenforschung
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.02.2013
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 23.07.2013
Kurzfassung auf Englisch: Right heart failure is a prevalent mechanism of cardiovascular collapse and dis-
tinctly different from left heart failure. Conventionally, afterload reduction has been
the main focus to treat right ventricular (RV) dysfunction, but it cannot be achieved
in many cases. A new strategy is to directly target RV remodelling. Pulmonary
artery banding (PAB) in mice is used to induce a chronic pressure overload on the
RV, without any changes in the pulmonary vasculature.
This work addressed two questions: a) the time-course of effects of PAB on
right- and left-ventricular (LV) hypertrophy and function, assessed non-invasively
via magnetic resonance imaging (MRI). b) Stimulation of the nitric oxide pathway
was shown to ameliorate maladaptive changes in murine models of chronic LV pres-
sure overload. Therefore, the effects of the sGC stimulator Riociguat and the PDE5
inhibitor Sildenafil on RV function and fibrosis were investigated.
Chronic RV pressure overload was induced by PAB in male C57Bl/6 wild-type
mice. For the time-course study, 1, 3, 7, 14, 28, 56 and 105 days after PAB, the
functional and morphological consequences of sustained pressure overload on the RV
and LV were assessed non-invasively using MRI. Additionally, the time-course of the
effects of PAB on cardiomyocyte size and fibrosis was investigated.
For the pharmacological intervention study, drug treatment was started seven
days after surgery for 2 weeks. Animals received either 30 mg/kg/d Riociguat per
os, Sildenafil 100 mg/kg/d per drinking water, or placebo. The consequences of
the sustained pressure overload on RV fibrosis, cardiomyocyte size and function
were assessed using Picrosirius red staining, WGA-FITC staining and Magnetic
Resonance Imaging.
PAB led to RV dilatation, indicated by an increase in end-diastolic volume. RV
mass, cardiomyocyte size, as well as the collagen content of the RV increased in
banded animals. The ejection fraction and the stroke volume (SV) of the RV de-
creased, as well as the LV SV and the cardiac output (CO).Whilst RV mass increased
continually over the time-course of the study, the RV performance declined initially,
followed by a weak compensatory phase. In the course of the study, the heart con-
tinued to decompensate, which finally resulted in heart failure of the animals.
Treatment with both Riociguat and Sildenafil led to significant improvements
in RV ejection fraction (35.4 ± 1.7% vs. 43.7 ± 2.2% vs. 48.2 ± 3.3% [Placebo
vs. Riociguat vs. Sildenafil]), but only Riociguat significantly reduced the collagen
content of the RV (5.6 ± 0.3% vs. 3.0 ± 0.8% vs. 5.4 ± 0.2%). Neither drug had ef-
fects on RV hypertrophy (62.3 ± 3.1 mg vs. 59.6 ± 2.5 mg vs. 57.1 ± 2.2 mg), on the
RV/(LV+S) ratio (0.84 ± 0.04 mg/mg vs. 0.91 ± 0.04 mg/mg vs. 0.83 ± 0.03 mg/mg),
nor on cardiomyocyte size (20.7 ± 0.6 μm vs. 19.8 ± 0.3 μm vs. 19.7 ± 0.6 μm).
It was shown, that chronic pressure overload in C57Bl/6 mice induced RV di-
latation, hypertrophy and contractile dysfunction. Furthermore, LV performance
was negatively affected by intraventricular interaction, resulting in decreased LV
SV and CO. Riociguat and Sildenafil both led to significant improvements in RV
function, without any changes in RV mass or cardiomyocyte size. One reason for
the functional improvement of the RV under Riociguat treatment is the decrease
in collagen content, making the RV more apt to deal with the pressure overload.
Further experiments will be needed to determine the mechanism of the functional
improvement with Sildenafil treatment, and the reason for the differential effects of the drugs.
Kurzfassung auf Deutsch: Rechtsherzversagen ist ein vorherrschender Mechanismus des kardiovaskulären Kol-
lapses und unterscheidet sich deutlich vom Linksherzversagen. Die konventionelle
Methode, um rechtsventrikuläre (RV) Dysfunktion zu behandeln, ist eine Redukti-
on der Nachlast. Dies ist jedoch in vielen Fällen nicht möglich. Eine neue Strategie
stellt die Behandlung der RV Hypertrophie dar. Pulmonal-arterielles Banding (PAB)
in Mäusen wird verwendet, um RV Hypertrophie auszulösen, ohne eine Veränderung
des pulmonalen Gefäßsystems zu induzieren.
In dieser Arbeit wurden zwei Fragestellungen behandelt: a) der zeitliche Ver-
lauf der Effekte des PAB auf die rechts- und linksventrikuläre (LV) Hypertrophie
und Funktion mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zu untersuchen. b) Es
wurde gezeigt, dass der Stickstoffmonoxid (NO)-Signalweg an der Entwicklung der
LV Hypertrophie entscheidend beteiligt ist. Daher wurden die Effekte des löslichen
Guanylatzyklase-Stimulators (sGC-Stimulator) Riociguat, sowie des Phosphodies-
terase 5-Hemmers Sildenafil, auf die RV Hypertrophie und Funktion untersucht.
Bei C57Bl6-Mäusen wurde eine chronische Druckbelastung für den rechten Ven-
trikel durch eine PAB-Operation erzeugt. Für die Langzeitstudie wurden die Folgen
der anhaltenden Drucküberlastung auf RV und LV Morphologie und Funktion 1, 3, 7,
14, 28, 56 und 105 Tage nach der PAB-Operation nicht-invasiv mit MRT untersucht.
Zusätzlich wurden der zeitliche Verlauf der Effekte des PAB auf die Kardiomozy-
tengröße, sowie den Grad der Fibrosierung untersucht.
In der pharmakologischen Interventionsstudie, wurde die Behandlung mit Rioci-
guat (30 mg/kg/d p.o.), resp. Sildenafil (100 mg/kg/d p.o.), 7 Tage nach der Ope-
ration für eine Dauer von 14 Tagen durchgeführt. Nach 21 Tagen wurden die Aus-
wirkungen einer dauerhaften Druckbelastung auf die RV Morphologie und Funktion
unter Verwendung von Magnetresonanztomographie untersucht. Desweiteren wurde
der Grad der Fibrosierung, sowie die Kardiomyozytengröße durch eine histologische
Untersuchung analysiert.
PAB-operierte Mäuse zeigten etliche Merkmale der RV Dysfunktion. PAB führte
zu RV Dilatation verglichen mit Sham-operierten Tieren, gemessen als eine Zunahme
des end-diastolischen Volumens. Sowohl RV Masse als auch Kardiomyozytengröße
und Fibrosierungsgrad nahmen in PAB-Mäusen zu. Die Ejektionsfraktion (EF) und
das Schlagvolumen (SV) des RV nahmen ab. Das LV-SV und das Herzzeitvolumen
nahmen ab. Während die RV Masse über den Versuchszeitraum zunahm, fiel die RV
Leistung initial stark ab, woraufhin eine zunächst kompensatorische Phase folgte.
Mit Fortschritt der Studie dekompensierte das Herz zusehends, was schlussendlich
im Herzversagen der Tiere mündete.
Sowohl die Behandlung der Tiere mit Riociguat, als auch mit Sildenafil, führ-
te zu signifikanten Verbesserungen der RV EF (35.4 ± 1.7% vs. 43.7 ± 2.2% vs.
48.2 ± 3.3% [Placebo vs. Riociguat vs. Sildenafil]), aber nur Riociguat reduzierte si-
gnifikant den Fibrosierungsgrad des RV (5.6 ± 0.3% vs. 3.0 ± 0.8% vs. 5.4 ± 0.2%).
Weder Riociguat, noch Sildenafil, hatten einen Effekt auf die RV Hypertrophie
(62.3 ± 3.1 mg vs. 59.6 ± 2.5 mg vs. 57.1 ± 2.2 mg), auf den RV/(LV+S) Quotien-
ten (0.84 ± 0.04 mg/mg vs. 0.91 ± 0.04 mg/mg vs. 0.83 ± 0.03 mg/mg), oder auf die
Kardiomyozytengröße (20.7 ± 0.6 μm vs. 19.8 ± 0.3 μm vs. 19.7 ± 0.6 μm).
Es wurde gezeigt, dass die chronische Drucküberlastung in C57Bl/6 Wildtyp-
Mäusen zu RV Dilatation, Hypertrophie und kontraktiler Dysfunktion führt. Zu-
sätzlich wurde die LV Leistung durch interventrikuläre Interaktion, d. h. durch eine
Reduktion des LV Schlagvolumens und des Herzzeitvolumens, beeinträchtigt. Sowohl
Riociguat als auch Sildenafil führten zu signifikanter Verbesserung der RV Funkti-
on, ohne Veränderungen in der RV Masse oder Kardiomyozytengröße ausgelöst zu
haben. Ein Grund für die funktionelle Verbesserung unter Riociguat-Behandlung
könnte die Reduktion der RV Fibrosierung sein.Weitere Studien sollten durchgeführt
werden, um den Mechanismus der funktionellen Verbesserung unter Sildenafil-Gabe,
sowie die unterschiedlichen Effekte der Substanzen zu untersuchen.
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