Verbundprojekt Herzinsuffizienztherapie - Von der Regulation der Genexpression zur Erkrankung: Decoy Oligodesoxynukleotid-Therapie der Herzinsuffizienz

Ziel dieser NGFN-Transfer Innovationsallianz war die präklinische Validierung von Decoy-Oligodes-oxynukleotiden (ODN) als neue Wirkstoffklasse zur Therapie der Herzinsuffizienz. Decoy-ODN interferieren mit der aberranten Expression krankheitsassoziierter Gene, indem sie spezifisch den (oder die) für die Expression dieser Gene notwendigen Transkriptionsfaktor(en) hemmen. Als Zielmoleküle wurden die Transkriptionsfaktor-Familien Aktivator-Protein-1 (AP-1), Nuclear Factor Interleukin-6 (NF-IL6) und Nuclear Factor of Activated T-Cells (NFAT) bearbeitet, für die spezifische Decoy-ODN mit optimiertem Design entwickelt und die jeweiligen Zielgen-Profile im Herzen erstellt werden sollten. In vitro und in selbst entwickelten oder durch das NGFN-Plus Konsortium Genetik des Herzversagens zur Verfügung gestellten experimentellen Tiermodellen sollte der Wirksamkeitsnachweis für die Decoy-ODN erbracht werden. Zusätzlich sollte ein auf einem künstlichen Viruskapsid oder auf Mikrobläschen basierendes Verfahren zur systemischen, aber zellspezifischen in vivo-Applikation dieser Nukleinsäure-basierten Wirkstoffe entwickelt werden. Speziell das Teilprojekt 2 wurde in enger Kooperation mit dem NGFN-Plus Konsortium Genetik des Herzversagens am Standort Heidelberg durchgeführt.

In Teilprojekt 1 und 2 wurden u. a. hoch wirksame Decoy-ODN gegen die Transkriptionsfaktoren NFATc1, 2, -3 und -4 entwickelt und der in vitro-Wirksamkeitsnachweis in isolierten Kardiomyozyten und kardialen Fibroblasten neonataler Ratten erbracht. Da für den Transfer der Decoy-ODN in diese Zellen aber - anders als praktisch in allen anderen bisher getesteten Zelltypen - Transfektionsreagenzien eingesetzt werden mussten, die beim Menschen kaum oder nicht anwendbar sind, wurde die vorrangig in vivo etablierte Mikrobläschen-Technik so adaptiert, dass sie auch bei kultivierten Zellen einsetzbar ist. Für zukünftige Tests am lebenden Organ wurde ein in vivo-Modell für den Wirksamkeitsnachweis der verschiedenen Decoy-ODN in der Maus etabliert, bei dem implantierte Minipumpen kontinuierlich Angiotensin II freisetzen, was bei den Tieren zur Entwicklung einer Hypertrophie und Fibrose des linken Herzens führt.

Aufgabe des Teilprojekt 3 war die Entwicklung eines Systems, mit dem in vivo Decoy-ODN systemisch appliziert werden können und das gleichzeitig eine effiziente und spezifische Transfektion der Zellen im Herzmuskel ermöglicht. Hierzu wurden modifizierte Hüllen (Kapside) von adenoassoziierten Viren (AAV), die nicht pathogen sind, entwickelt. Diese veränderten Virus-Partikel sind prinzipiell zur Transduktion von Kardiomyozyten in vivo geeignet, wie die Expression von Reporterplasmiden zeigte. Allerdings drangen nur etwa 10% der an die Viruspartikel gebundenen Plasmid-DNA in vitro in eukaryotische Zellen ein. In einem in vivo-Ansatz (in der Maus) konnte prinzipiell gezeigt werden, dass mit Kapsiden, die aus einer Mischung von Wildtyp- und modifizierten Kapsiden, an denen die DNA-Konstrukte anheften können, bestehen, die Transduktionseffizienz der AAV-Vektoren gesteigert werden kann, ohne dass die Organspezifität verloren geht.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der NGFN-Transfer Innovationsallianz wurden innovative DNA-basierende Wirkstoffe zur Behandlung der Herzinsuffizienz, einer der häufigsten gravierenden Erkrankungen mit Todesfolge in den Industrieländern, entwickelt und charakterisiert. Die Wirksamkeit von Decoy-ODN, die spezifisch gegen die Transkriptionsfaktoren AP-1, NFAT und NF-IL6 sind, wurde in Fibroblasten bzw. Herzmuskelzellen neugeborener Ratten nachgewiesen. Zudem konnte in ersten grundlegenden Experimenten mit der Sonoporationstechnik eine auch beim Menschen anwendbare Applikationsmethode identifiziert werden, die Voraussetzung für deren Nutzanwendung in neuartigen Therapien ist.

Detaillierte aktuelle Ergebnisse finden Sie in den Beschreibungen der Teilprojekte.