Extrazelluläre Vesikel als dynamische Surrogate für die Expression von Arzneistofftransportern. Ein neues Instrument zur Personalisierung der Arzneimitteltherapie?
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das P-Glykoprotein (P-gp), das Multidrug Resistenz-assoziierte Protein 2 (MRP2) und das Brustkrebsresistenzprotein (BCRP) gehören zur Superfamilie der ABC-Transporter. Sie weisen eine hohe Expression in Geweben mit besonderer pharmakologischer Relevanz (z.B. Leber, Nieren, Darm, Blut-Hirn-Schranke) auf und spielen eine wesentliche Rolle bei der Pharmakokinetik von Arzneistoffen. Darüber hinaus führen ABC-Transporter auf Tumorzellen zu erhöhtem Efflux und Resistenz gegen in der Krebstherapie angewandte Wirkstoffe. Die Expression der ABC-Transporter zeigt eine hohe Variabilität innerhalb der Bevölkerung. Des Weiteren wird sie von endogenen Substanzen und Xenobiotika reguliert. Im Allgemeinen führt eine zu hohe Transporterexpression zu erhöhter Arzneistoffausscheidung und Therapieversagen. Im Gegensatz dazu führt eine zu niedrige Expression zu erniedrigter Arzneistoffausscheidung und Toxizität. Daher ist die individualisierte Bestimmung der Expression von ABC-Transportern ein potenzielles Instrument zur Therapieanpassung und Vermeidung von Über- oder Unterdosierung. Bislang wäre die Biopsienentnahme die einzige Möglichkeit, die Transporterexpression in den relevanten Geweben zu bestimmen. Dennoch wird dies in der Praxis aufgrund der hohen Invasivität nicht durchgeführt. Extrazellulläre Vesikel (EV) sind Nanopartikel, die von allen Zellen freigesetzt werden und deren Cargo (z.B. Proteine, RNA Moleküle und Lipide) eine Art Fingerabdruck der Ursprungszellen darstellt. Das Hauptziel dieses Vorhaben war die Untersuchung des ABC-Transporter Cargos von EV als dynamisches Surrogat für die Arzneistofftransporterexpression und somit für die zelluläre Ausscheidungskapazität von normalen und Tumorzellen. Hierfür wurde ein hochsensitiver UPLC-MS/MS Assay zur gleichzeitigen Quantifizierung von P-gp, MRP2 und BCRP in EV und in den Ursprungszellen entwickelt und validiert. Die Behandlung von MCF7 (Brustkrebs)- und HepG2 (Hepatozelluläres Karzinom) Zellen mit Rifampicin bzw. Rifampicin und Hypericin führte zur BCRP Hochregulation in MCF7- und MRP2 Senkung in HepG2 Zellen, sowohl auf der Proteinexpression als auch auf der Aktivitätsebene. Nur in HepG2 Zellen wurden Effekte auf der Proteinebene auch in den freigesetzten EVs nachgewiesen, jedoch hier wurde eine Verschiebung des Effektbeginns beobachtet, die möglicherweise auf die EV Biogenese Zeit zurückzuführen ist. Zusammenfassend, unsere Ergebnisse zeigten die Nutzbarkeit von EVs zur Einschätzung von Änderungen der MRP2 Transporterexpression in Hepatokarzinom-Zellen. Sollten diese Erkenntnisse künftig in vivo bestätigt werden, könnten EVs zur Patientenstratifizierung nach der Arzneistoffausscheidungskapazität beitragen. Dadurch könnte die Therapie optimiert und Fälle von Toxizität und Therapieversagen vermieden werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Potential of extracellular vesicles as surrogates for the cellular ABC transporter expression. Annual Meeting of the Italian Society of Clinical Pharmacy and Therapy. Rome, November 24-26th, 2022.
Gagliardi A.; Rigalli JP, Weiss J.; Sauter M.; Barocelli E.; Borghesi S. & Gazzola A. M.
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Extracellular Vesicles and Cancer Multidrug Resistance: Undesirable Intercellular Messengers?. Life, 13(8), 1633.
Bucci-Muñoz, María; Gola, Aldana Magalí; Rigalli, Juan Pablo; Ceballos, María Paula & Ruiz, María Laura
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Extracellular Vesicles as Surrogates for Drug Metabolism and Clearance: Promise vs. Reality. Life, 13(8), 1745.
Gagliardi, Anna; Bajraktari-Sylejmani, Gzona; Barocelli, Elisabetta; Weiss, Johanna & Rigalli, Juan Pablo
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Liquid biopsy and extracellular vesicles (EVs). A new horizon in the precision oncology landscape. International Student Congress of Clinical Innovation and Medical Sciences. Parma (Italy), November 9-11th, 2023.
Gagliardi A.; Rigalli J. P.; Weiss J. & Barocelli E.
