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Die
Erfindung betrifft Formulierungen zur Verwendung bei therapeutischen
und/oder kosmetischen Behandlungen, insbesondere bei solchen, bei
denen ein lokalisiertes Aufbrechen der direkten Zell-Zell-Kommunikation erwünscht ist.
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Hintergrund
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Gap
Junctions (elektrische Synapsen) sind Zellmembranstrukturen, die
die direkte Zell-Zell-Kommunikation erleichtern. Ein Synapsenkanal
zwischen zwei Halbkanälen
(Connexons) wird gebildet, die jeweils aus 6 Connexin-Untereinheiten
zusammengesetzt sind. Bei diesen Connexinen handelt es sich um eine
Familie von Proteinen, die im allgemeinen entsprechend ihrem Molekulargewicht
bezeichnet oder auf einer phylogenetischen Basis eingeteilt werden,
d. h. in eine α-Klasse
und eine β-Klasse.
Die Connexin-Expression und die in vivo-Muster der interzellulären Kommunikation
werden in Reaktion auf eine Epidermisverwundung verändert (Goliger
et al., 1995).
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Die
Fähigkeit
zur Steuerung der Connexin-Expression (und insbesondere ihrer Herunterregulierung) würde somit
die Möglichkeit
liefern, die Zell-Zell-Kommunikation in einem Patienten für therapeutische und/oder
Heilzwecke zu modulieren. Da jedoch eine große Anzahl von Connexinproteinen
in breitem Umfang im gesamten Körper
exprimiert wird, ist die Wirkung einer allgemeinen Herunterregulierung
zur Herbeiführung einer
therapeutischen Wirkung an einer speziellen Stelle unerwünscht.
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Antisense-Polynucleotide
für Connexine
werden bei in vitro-Untersuchungen
zum Studium der Einflüsse
von Veränderungen
bei der Zellkupplung auf das Zellwachstum (Ruch et al., 1995), zur
Identifizierung der Leitungsvorgänge
von durch verschiedene Connexine gebildeten Kanälen (Moore und Burt, 1994)
und zum Studium der in vitro-Progesteron-Sekretion
aus lutealen Rinderzellen (Grazul-Bilska et al., 1998) verwendet.
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Antisense-Oligodesoxynucleotide
(ODNs) besitzen ein erhebliches Potenzial als Mittel zur Manipulation
der spezifischen Genexpression (Übersichtsartikel:
Stein et al., 1992; Wagner, 1994). Die entzündungshemmende, therapeutische
Verwendung von ODNs gegen ICAM-1 wurde vorgeschlagen (WO-98/24797).
Jedoch müssen
noch Schwierigkeiten überwunden
werden. Hierzu gehören
die kurze Halbwertszeit von derartigen ODNs (unmodifizierte Phosphodiester-Oligomere
weisen typischerweise eine intrazelluläre Halbwertszeit von nur 20
Minuten auf, was auf den intrazellulären Nuclease-Abbau zurückzuführen ist
(Wagner, 1994)) und ihre beständige
und zuverlässige
Abgabe an Zielgewebe.
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Der
Anmelder der vorliegenden Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht,
diese Schwierigkeiten zumindest teilweise zu überwinden. Zusammenfassende
Darstellung der Erfindung Demzufolge stellt die Erfindung gemäß einem
ersten Aspekt ein Antisense-Polynucleotid für ein Connexinprotein zur Verwendung
bei der therapeutischen Behandlung eines menschlichen oder tierischen
Körpers
bereit.
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Vorzugsweise
handelt es sich beim Connexinprotein um Connexin 43.
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Zahlreiche
Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf Oligodesoxynucleotide
beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass für diese
Aspekte auch andere geeignete Polynucleotide (wie RNA-Polynucleotide) verwendet
werden können.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Formulierung zur Verwendung
bei der therapeutischen und/oder kosmetischen Behandlung bereitgestellt,
wobei die Formulierung folgendes umfasst: mindestens ein Antisense-Polynucleotid
für ein
Connexinprotein zusammen mit einem pharmazeutisch verträglichen
Träger
oder Vehikel, wobei
- – das Polynucleotid für Connexin
43 ist und ausgewählt
ist aus:
GTA ATT GCG GCA AGA AGA ATT GTT TCT GTC, GTA ATT GCG
GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC und GGC AAG AGA CAC CAA AGA CAC TAC
CAG CAT;
- – das
Polynucleotid für
Connexin 43 ist und folgende Sequenz aufweist:
GTA ATT GCG
GCA AGA AGA ATT GTT TCT GTC;
- – das
Polynucleotid für
Connexin 26 ist und die folgende Sequenz aufweist:
TCC TGA
GCA ATA CCT AAC GAA CAA ATA;
- – das
Polynucleotid für
Connexin 31.1 ist und die folgende Sequenz aufweist:
CGT CCG
AGC CCA GAA AGA TGA GGT C; oder
- – das
Polynucleotid für
Connexin 32 ist und die folgende Sequenz aufweist:
TTT CTT
TTC TAT GTG CTG TTG GTG A.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Formulierung Polynucleotide nur für ein einziges Connexinprotein.
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Die
Formulierung kann Polynucleotide für mehr als ein Connexinprotein
enthalten. Vorzugsweise handelt es sich bei einem der Connexinproteine,
auf die die Polynucleotide gerichtet sind, um Connexin 43.
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Die
Antisense-Polynucleotide können
für eine
parenterale, intramuskuläre,
intrazerebrale, intravenöse,
subkutane oder transdermale Verabreichung zubereitet werden. Die
Antisense-Polynucleotide werden vorzugsweise topisch (an der Behandlungsstelle)
verabreicht. Geeigneterweise werden die Antisense-Polynucleotide
mit einem pharmazeutisch verträglichen
Träger,
Vehikel oder Verdünnungsmittel
vereinigt, um eine pharmazeutische Zusammensetzung zu erhalten.
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Geeignete,
pharmazeutisch verträgliche
Träger
oder Vehikel umfassen solche Produkte, die üblicherweise für die topische
Verabreichung verwendet werden. Die topische Formulierung kann in
Form einer Creme, Salbe, Gel, Emulsion, Lotion oder Anstrichmittel
vorliegen. Die erfindungsgemäße Formulierung
kann in Form eines imprägnierten
Verbands dargereicht werden.
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Zu
geeigneten Trägermaterialien
gehören
beliebige Träger
oder Vehikel, die üblicherweise
als Grundlage für
Cremes, Lotionen, Gele, Emulsionen, Lotionen oder Anstrichmittel
für die
topische Verabreichung verwendet werden. Zu Beispielen gehören Emulgiermittel,
inerte Träger,
einschließlich
Kohlenwasserstoffgrundlagen, emulgierende Grundlagen, nicht-toxische
Lösungsmittel
oder wasserlösliche
Grundlagen. Zu besonders geeigneten Beispielen gehören Lanolin,
Hartparaffin, flüssiges
Paraffin, weiches, gelbes Paraffin, weiches, weißes Paraffin, weißes Bienenwachs,
gelbes Bienenwachs, Cetostearylalkohol, Cetylalkohol, Dimethicone,
emulgierende Wachse, Isopropylmyristat, mikrokristallines Wachs,
Oleylalkohol und Stearylalkohol.
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Vorzugsweise
handelt es sich beim pharmazeutisch verträglichen Träger oder Vehikel um ein Gel,
geeigneterweise um ein nicht-ionisches Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Copolymergel,
z. B. ein Pluronic-Gel, insbesondere Pluronic F-127 (BASF Corp.).
Dieses Gel wird besonders bevorzugt, da es bei niedrigen Temperaturen
flüssig
ist, sich jedoch bei physiologischen Temperaturen rasch verfestigt,
was die Freisetzung der ODN-Komponente auf die Anwendungsstelle
oder die unmittelbare Nachbarschaft davon begrenzt.
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Ferner
kann die erfindungsgemäße Formulierung
mit einem Hilfsstoff, wie Casein, Gelatine, Albumin, Leim, Natriumalginat,
Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose oder
Polyvinylalkohol versetzt werden.
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Die
pharmazeutische Zusammensetzung kann zur Erzielung einer verzögerten Freisetzung
des Antisense-Polynucleotids zubereitet werden. Zweckmäßigerweise
enthält
die Zubereitung ferner ein oberflächenaktives Mittel, um die
Zellpenetration des Oligodesoxynucleotids zu unterstützen, oder
die Zubereitung kann beliebige geeignete Füllstoffe enthalten. Ferner
können
beliebige geeignete nicht-toxische oberflächenaktive Mittel, wie DMSO,
enthalten sein. Alternativ kann ein transdermales Penetrationsmittel,
wie Harnstoff, enthalten sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung mindestens eines
Antisense-Polynucleotids für
ein Connexinprotein bei der Herstellung eines Arzneimittels zur
Verringerung des neuronalen Zelltods, der ansonsten als Folge einer
neuronalen Schädigung
auftreten würde,
bereit.
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Vorzugsweise
dient das Arzneimittel zur Verringerung von neuronalen Verlusten
aufgrund von physischen Traumata von Gehirn, Rückenmark oder Sehnerv.
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Zweckmäßigerweise
ist das Arzneimittel zur Herunterregulierung der Expression des
oder der Connexinproteine für
mindestens 24 Stunden nach der Verabreichung befähigt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung von mindestens
einem Antisense-Polynucleotid für
ein Connexinprotein bei der Herstellung eines Arzneimittels zur
Förderung
der Wundheilung bereit.
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Üblicherweise
handelt es sich bei den Wunden um eine Folge von traumatischen Ereignissen,
einschließlich
Verbrennungen. Die Wunde kann jedoch auch die Folge eines chirurgischen
Eingriffs sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung von mindestens
einem Antisense-Polynucleotid für
ein Connexinprotein bei der Herstellung eines Arzneimittels zur
Verringerung von Entzündungen
bereit, insbesondere als Bestandteil der Behandlung einer Wunde
und/oder eines Gewebes, bei dem ein physisches Trauma vorliegt.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der Wunde um eine Verbrennung.
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Alternativ
kann die Wunde die Folge eines physischen Gewebetraumas sein, unter
Einschluß von
neuronalem Gewebe, wie Gehirn, Rückenmark
oder Sehnerv.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung von mindestens
einem Antisense-Polynucleotid für
ein Connexinprotein bei der Herstellung eines Arzneimittels zur
Verringerung der Narbenbildung, vorzugsweise bei einem Patienten,
der an einer Wunde leidet, bereit. Auch hier kann die Wunde die Folge
eines Traumas oder eines chirurgischen Eingriffs darstellen, wobei
die Formulierung auf die Wunde unmittelbar vor der chirurgischen
Reparatur und/oder beim Verschließen der Wunde aufzubringen
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung von mindestens
einem Antisense-Polynucleotid für
ein Connexinprotein bei der Herstellung eines Arzneimittels für die Hautverjüngung für einen
therapeutischen Zweck bereit.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Hautverjüngung oder
Hautverdickung für
einen kosmetischen Zweck bereit, wobei eine Formulierung gemäß der vorstehenden
Definition einmal oder mehrmals auf die Hautoberfläche zu verabreichen
ist.
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Zweckmäßigerweise
umfasst diese Formulierung Oligodesoxynucleotide, die gegen Connexin
26 oder Connexin 43 gerichtet sind, und sie wird zur Regulierung
der Teilung des Wachstums von epithelialen Basalzellen verabreicht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst diese Formulierung Oligodesoxynucleotide, die gegen Connexin
31.1 gerichtet sind und sie wird zur Regulierung der Keratinisierung
der äußeren Schicht
verabreicht.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der Formulierung um eine Creme oder ein Gel.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 bis 5 zeigen
Schnitte von Rattenhirnläsionen,
die mit Pluronic Gel, das für
Connexin 43 spezifische Antisense-Oligodesoxynucleotide enthält, behandelt
worden sind, oder von Kontroll-Läsionen,
die nur mit Pluronic-Gel allein behandelt worden sind. In sämtlichen
Fällen
wurden die Läsionen
seriell in einer koronalen Ebene geschnitten und die Mittelpunktsschnitte
wurden für
die Analyse herangezogen. Die einzelnen Bilder (ausgenommen 5)
zeigen Gewebe der Abmessungen 4 mm × 5,33 mm. 5 zeigt
etwa 1,2 mm × 2
mm.
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1: 1A und 1C zeigen
zwei Seiten einer Kontrollläsion
24 Stunden nach der Läsionsbildung.
Die Läsion
wurde mit Pluronic-Gel allein behandelt. Die Schnitte wurden einer
Nissl-Färbung
(blaue Kerne) und einer Antikörper-Markierung
mit dem neuronalen Marker Neuronal-N (braune Zellen) unterzogen. 1B und 1D zeigen
Grauskalenbilder von 1A bzw. 1C,
wobei die Außenlinie
der Läsion
markiert ist. Hinzuweisen ist auf die ausgeprägte Größe der Läsion und die sich unregelmäßig ausbreitenden
Ränder. Die
Läsion
hat sich nach unten in Richtung zum Corpus callosum (gestrichelte
Linie) innerhalb von nur 24 Stunden nach der Läsionsbildung ausgebreitet.
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2: Eine Kontrollläsion 24 Stunden nach der Verwundung. 2A zeigt
die Nissl-Färbung
(blaue Kerne) und die Neuronal-N-Markierung von lebensfähigen Neuronen. 2B ist
ein Grauskalaäquivalent,
wobei der Läsionsrand
und die Oberseite des Corpus callosum markiert sind (gestrichelte
Linie). Die ursprüngliche
Nadelführung
ist klar, jedoch trat der neuronale Tod deutlich zurückgesetzt
vom Läsionsrand
auf, wie die Neuronal-N-Markierung zeigt. Die Läsionsränder sind unregelmäßig und
die Läsion
hat sich innerhalb von genau 24 Stunden nach unten in das Corpus
callosum ausgebreitet.
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3: 3A und 3B sind
Farb- und Grauskalenbilder einer mit Connexin 43-Antisense behandelten
Läsion
48 Stunden nach der Läsionsbehandlung.
Die Läsionsaußenlinie
ist in 3B markiert, um das Ausmaß der Läsion und
die Oberseite des Corpus callosum zu zeigen (gestrichelte Linie). 3A zeigt
die Nissl-Färbung
(blaue Kerne) und die Neuronal-N-Färbung (rosafarbene Zellen).
Auf die kompakte Beschaffenheit der Läsion, selbst nach 48 Stunden,
im Vergleich zu den Kontrollläsionen
ist hinzuweisen (1 und 2). Obgleich
eine gewisse Ausbreitung auf die rechte Seite vorliegt, folgt die
linke Seite der Läsion
im wesentlichen der ursprünglichen
Nadelführung
mit geringen Anzeichen einer Ausbreitung. Die linke Läsionsseite
ist sehr gerade und hat sich nicht nach unten in das Corpus callosum
ausgebreitet.
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4: 4A und 4B zeigen
eine weitere mit Connexin 43-Antisense
behandelte Läsion
48 Stunden nach der Verwundung. Die Markierung ist die gleiche wie
in 3, wobei die Läsion auf dem Grauskalenbild
(4B) im Umriß dargestellt
ist. Auch nach 48 Stunden ist diese Läsion äußerst kompakt, wobei nur eine
geringe Ausbreitung auf die linke Seite (mediale Seite) vorliegt.
Bemerkenswert ist der gerade Verlauf auf der rechten Seite der Läsion, wobei
lebensfähige
Neuronen genau bis zum Rand der Nadelführung vorliegen (und innerhalb
des läsionierten
Bereiches tatsächlich überleben).
Die Läsion
befindet sich deutlich oberhalb des Corpus callosum (gestrichelte
Linie), was zeigt, dass praktisch keine Ausbreitung nach unten stattgefunden
hat.
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5:
Eine Ansicht mit höherer
Vergrößerung zeigt
den Rand der mit Connexin 43-Antisense behandelten Läsion. Der
Läsionsrand
ist markiert und zeigt lebensfähige
Neuronen (mit Neuronal-N markiert) genau bis zum Rand der Wundnadelführung auch
48 Stunden nach der Läsionsbildung.
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6:
Immunohistochemische Markierung mit GFAP (rot) und Connexin 43 (grün) einer
mit Connexin 43-spezifischem Antisense behandelten Läsion 24
Stunden nach der Läsionsbildung.
Das Bild ist am seitlichen Läsionsrand
auf halber Strecke nach unten in Richtung der Läsionstiefe aufgenommen. Die
Konzentrationen an aktivierten Astrozyten sind im Vergleich zu Kontrollen
(7) erhöht
und die Connexin 43-Konzentrationen sind
deutlich verringert. Die verbleibende Connexin-Markierung ist im allgemeinen mit Blutgefäßen (Pfeilen) assoziiert.
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7:
Immunohistochemische Markierung mit GFAP (rot) und Connexin 43 (grün) einer
Kontrollläsion 24
Stunden nach der Läsionsbildung.
Die Aufnahme erfolgte vom medialen Rand der Läsion und zeigt, dass die GFAP-Konzentrationen gegenüber der
unverletzten Rinde geringfügig
erhöht
sind. Bemerkenswert ist die ausgeprägte Connexin 43-Markierung,
die häufig
gemeinsam mit dem GFAP-Astrozytenmarker (Pfeile) lokalisiert ist.
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8 zeigt
einen Vergleich von Läsionsquerschnitten
der unteren Hälften
24 Stunden (Kreise) und 48 Stunden (Rauten) nach der Läsionsbildung.
Die Analyse wurde an einem Mittelschnitt einer seriell in koronaler Ebene
geschnittenen Läsion
vorgenommen. Die Läsionen
wurden unter Anwendung einer Neuronal-N-Antikörpermarkierung zur Nachzeichnung
von lebensfähigen
Neuronen bestimmt. Mit DB1 behandelte Läsionen (grüne Marker) wurden mit für Connexin
43 spezifischen Antisense-Oligodesoxynucleotiden
behandelt. Die nur mit Gel behandelte Läsionsgruppe (rot gekennzeichnet)
umfasst auch leere Läsionen,
während
die HB3-Gruppe (purpurfarben gekennzeichnet) mit Gel behandelt wurde,
das eine willkürliche
Sequenz von Kontroll-Oligodesoxynucleotiden enthielt. Bemerkenswert
ist es, dass zwar die mit Connexin 43-Antisense behandelten Läsionen groß sein können (vermutlich
Stellen, die vom Antisense nicht gut erreicht worden sind), dass
es sich aber bei den kleinsten Läsionen
durchweg um mit Connexin 43-Antisense behandelte Läsionen handelt.
Die Läsionen
wurden in einer Tiefe von 2 mm vorgenommen. Die Analyse deckt den
Bereich von 1 mm und darunter ab, um den äußeren Rand auszuschließen, wo
sich das Antisense nicht befand.
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9:
Läsionen
im Ratten-Rückenmark
24 Stunden nach Behandlung mit Connexin 43-Sense und -Antisense-ODNs.
Die Sense-Läsionen
unterschieden sich nicht von unbehandelten Kontrollen, während die mit
Antisense behandelten Läsionen
kleiner waren und eine verringerte Entzündung zeigten.
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10:
Läsionen
an den Vorderpfoten einer neugeborenen Maus 24 Stunden nach Behandlung
mit Connexin 43-Sense-ODNs (linke Pfote) oder -Antisense-ODNs (rechte
Pfote). Bemerkenswert ist die Verringerung der Entzündung und
die erhöhte
Heilungsgeschwindigkeit an der mit Antisense behandelten Pfote.
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11:
Schnitte durch das Zentrum der in 10 dargestellten
Wunden nach 24 Stunden. Die Schnitte wurden mit Toluidinblau gefärbt, um
Neutrophile zu kennzeichnen. In der mit Antisense behandelten Wunde treten
signifikant weniger Neutrophile auf, wobei diese Wunde auch weniger
entzündet
war.
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12:
Paare von Rattenpfoten-Läsionen
5 Tage nach Läsionsbildung
bei Behandlung mit Connexin 43-spezifischen Antisense-ODNs oder
-Sense-Kontroll-ODNs.
Die mit Antisense behandelten Läsionen
heilen rascher und zeigen weniger Anzeichen einer Narbenbildung.
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13:
Paare von Rattenpfoten-Läsionen
bei Läsionsbildung
im. neonatalen Zustand und Betrachtung 8 Stunden nach der Läsionsbildung.
Die Läsionen
wurden mit Connexin 43 spezifischer Antisense- oder Kontroll-Sense-ODN behandelt.
Es zeigt sich Haarwuchs und es ist klar, dass die Antisense-Behandlung
zu einer geringeren Narbenbildung und einem geringeren Haarverlust
führte.
Die Läsionsstelle
ist bei der mit Sense behandelten Kontrolle deutlich erkennbar;
während
sie bei der mit Antisense behandelten Gliedmaße schwer feststellbar ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Wie
vorstehend breit definiert, richtet sich die Erfindung auf eine
ortsspezifische Herunterregulierung der Connexin-Expression. Dies
hat den Einfluß einer
Verringerung der direkten Zell-Zell-Kommunikation an der Stelle,
an der die Connexin-Expression herunterreguliert ist, was zu zahlreichen
therapeutischen/kosmetischen Anwendungsmöglichkeiten führt, wie
nachstehend erläutert
wird.
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Die
Herunterregulierung der Connexin-Expression beruht allgemein auf
dem Antisense-Weg unter Verwendung von Antisense-Polynucleotiden
(wie DNA- oder RNA-Polynucleotiden) und insbesondere auf der Verwendung
von Antisense-Oligodesoxynucleotiden (ODN). Diese Polynucleotide
(z. B. ODN) zielen auf das oder die Connexinproteine ab, die heruntergeregelt
werden sollen. Typischerweise sind die Polynucleotide einzelsträngig, sie
können
aber auch doppelsträngig
sein.
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Das
Antisense-Polynucleotid kann die Transkription und/oder Translation
des Connexins hemmen. Vorzugsweise handelt es sich beim Polynucleotid
um einen spezifischen Inhibitor der Transkription und/oder Translation
eines Connexin-Gens, wobei die Transkription und/oder Translation
anderer Gene nicht gehemmt wird. Das Produkt kann an das Connexin-Gen
oder -mRNA entweder (i) in 5'-Stellung
an die Kodierungssequenz und/oder (ii) an die Kodierungssequenz
und/oder (iii) in 3'-Stellung
an die Kodierungssequenz binden.
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Im
allgemeinen bewirkt das Antisense-Polynucleotid, dass die Expression
von Connexin-mRNA und/oder Protein in einer Zelle verringert wird.
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Das
Antisense-Polynucleotid verhält
sich im allgemeinen "Antisense" zur Connexin-mRNA.
Ein derartiges Polynucleotid kann zur Hybridisierung mit Connexin-mRNA
befähigt
sein und kann die Expression von Connexin hemmen, wenn es einen
oder mehrere Aspekte des Connexin-mRNA-Stoffwechsels beeinträchtigt, einschließlich Transkription,
mRNA-Prozessierung,
mRNA-Transport aus dem Kern, Translation oder mRNA-Abbau. Das Antisense-Polynucleotid
hybridisiert typischerweise mit der ConnexinmRNA unter Bildung eines
Duplex, der eine direkte Hemmung der Translation und/oder eine Destabilisierung
der mRNA bewirkt. Ein derartiger Duplex kann gegenüber einem
Abbau durch Nucleasen empfindlich sein.
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Das
Antisense-Polynucleotid kann mit der Gesamtheit oder einem Teil
der Connexin-mRNA hybridisieren. Typischerweise hybridisiert das
Antisense-Polynucleotid mit der Ribosomen-Bindungsregion oder der Kodierungsregion
der Connexin-mRNA. Das Polynucleotid kann komplementär mit der
Gesamtheit oder einem Bereich der Connexin-mRNA sein. Beispielsweise
kann es sich bei dem Polynucleotid um das exakte Komplement der
Gesamtheit oder eines Teils der Connexin-mRNA handeln. Jedoch ist
eine absolut komplementäre Beschaffenheit
nicht erforderlich und Polynucleotide, die eine ausreichend komplementäre Beschaffenheit
aufweisen, um unter physiologischen Bedingungen einen Duplex mit
einer Schmelztemperatur von mehr als 20 °C, 30 °C oder 40 °C zu bilden, eignen sich insbesondere
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
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Somit
handelt es sich bei dem Polynucleotid typischerweise um ein Homologes
der mRNA. Beim Polynucleotid kann es sich um ein Polynucleotid handeln,
das mit der Connexin-mRNA unter Bedingungen eines Mediums von hoher
Stringenz hybridisiert, z. B. 0,03 M Natriumchlorid und 0,03 M Natriumcitrat
bei etwa 50 bis etwa 60 °C.
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Das
Polynucleotid weist typischerweise eine Länge von 6 bis 40 Nucleotiden
auf. Vorzugsweise weist es eine Länge von 12 bis 20 Nucleotiden
auf. Die Polynucleotide können
eine Länge
von mindestens 40, z. B. mindestens 60 oder mindestens 80, Nucleotiden
aufweisen. Ihre Länge
kann bis zu 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 2000 oder 3000 oder mehr
Nucleotiden gehen.
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Das
oder die Connexinproteine, auf die die ODN abzielen, hängen von
dem Ort ab, an dem eine Herunterregulierung vorzunehmen ist. Dies
spiegelt den ungleichmäßigen Aufbau
von Gap Junctions an verschiedenen Orten im gesamten Körper im
Hinblick auf die Connexin-Untereinheit-Zusammensetzung wieder. Beim Connexin
kann es sich um ein beliebiges Connexin handeln, das in einem Menschen
oder Tier natürlich vorkommt.
Das Connexin-Gen (unter Einschluß der Kodierungssequenz) weist
im allgemeinen eine Homologie mit jedem der erwähnten spezifischen Connexine
auf, z. B. eine Homologie mit der in Tabelle 1 dargestellten Connexin
43-Kodierungssequenz.
Beim Connexin handelt es sich typischerweise um ein α- oder β-Connexin. Vorzugsweise
wird das Connexin in der Haut oder in Nervengewebe (einschließlich Gehirnzellen)
exprimiert.
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Manche
Connexinproteine sind in Bezug auf ihre Verteilung im Gewebe allgegenwärtiger als
andere. Eines der am weitesten verbreiteten Connexinproteine ist
Connexin 43. ODNs, die auf Connexin 43 abzielen, sind daher erfindungsgemäß besonders
geeignet.
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Ferner
kommt es in Betracht, dass ODNs, die auf separate Connexinproteine
abzielen, in Kombination verwendet werden (z. B. kann man auf 1,
2, 3, 4 oder mehr verschiedene Connexine abzielen). Beispielsweise können ODNs,
die auf Connexin 43 abzielen, und ein oder mehr Mitglieder der Connexin-Familie
(wie Connexin 26, 31.1, 32, 36, 40 und 45) in Kombination miteinander
verwendet werden.
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Einzelne
Antisense-Polynucleotide können
spezifisch für
ein bestimmtes Connexin sein oder können auf 1, 2, 3 oder mehr
verschiedene Connexine abzielen. Spezifische Polynucleotide zielen
im allgemeinen auf Sequenzen im Connexin-Gen oder der mRNA ab, die
unter den Connexinen nicht konserviert sind, während nicht-spezifische Polynucleotide
auf konservierte Sequenzen abzielen.
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Bei
den ODNs zur erfindungsgemäßen Verwendung
handelt es sich im allgemeinen um unmodifizierte Phosphodiester-Oligomere.
Sie können
in ihrer Länge
variieren, wobei aber eine 30-meres ODN besonders geeignet ist.
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Die
Antisense-Polynucleotide können
chemisch modifiziert werden. Dies kann ihre Beständigkeit gegen Nucleasen und
ihre Fähigkeit
zum Eintritt in Zellen verstärken.
Beispielsweise können
Phosphorthioat-Oligonucleotide
verwendet werden. Weitere Desoxynucleotid-Analoge umfassen Methylphosphonate,
Phosphoramidate, Phosphordithioate, N3'P5'-Phosphoramidate und
Oligoribonucleotid-phosphorthioate und ihre 2'-O-Alkylanalogen
sowie 2'-O-Methylribonucleotid-methylphosphonate.
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Alternativ
können
Mischgerüst-Oligonucleotide
(MBOs) verwendet werden. MBOs enthalten Segmente von Phosphorthioat-oligodesoxynucleotiden
und in geeigneter Weise platzierte Segmente von modifizierten Oligodesoxy-
oder Oligoribonucleotiden. MBOs weisen Segmente mit Phosphorthioat-Verknüpfungen
und andere Segmente von anderen modifizierten Oligonucleotiden,
wie Methylphosphonat, das nicht-ionisch und gegenüber Nucleasen
sehr beständig
ist, oder 2'-O-Alkyloligoribonucleotiden
auf.
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Die
genaue Sequenz des erfindungsgemäß verwendeten
Antisense-Polynucleotids
hängt vom Ziel-Connexinprotein
ab. Der Anmelder hat festgestellt, dass ODNs mit den folgenden Sequenzen
für Connexin
43 besonders geeignet sind:
GTA ATT GCG GCA AGA AGA ATT GTT
TCT GTC, GTA ATT GCG GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC und GGC AAG AGA
CAC CAA AGA CAC TAC CAG CAT.
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ODNs,
die auf andere Connexinproteine gerichtet sind, können durch
beliebige zweckmäßige und
herkömmliche
Verfahren in bezug auf ihre Nucleotidsequenz ausgewählt werden.
Beispielsweise können
die Computerprogramme MacVector und OligoTech (von Oligos, Eugene,
Oregon, USA) verwendet werden. Beispielsweise weisen ODNs für die Connexine
26, 31.1 und 32 die folgenden Sequenzen auf:
5'TCC TGA GCA ATA CCT
AAC GAA CAA ATA (Connexin 26)
5'CGT CCG AGC CCA GAA AGA TGA GGT C (Connexin
31.1)
5'TTT
CTT TTC TAT GTG CTG TTG GTG A (Connexin 32)
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Nach
erfolgter Auswahl können
die ODNs unter Verwendung eines DNA-Synthesegeräts synthetisiert werden.
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Erfindungsgemäß ist für die ODNs
eine ortsspezifische Abgabe erforderlich. Ferner ist die Abgabe über eine
verlängerte
Zeitspanne hinweg erforderlich. Die Abgabedauer hängt klar
sowohl von der Stelle, an der die Herunterregulierung eingeleitet
werden soll, als auch von der angestrebten therapeutischen Wirkung ab,
wobei häufig
eine kontinuierliche Abgabe für
24 Stunden oder mehr erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
erreicht, indem man die ODNs zusammen mit einem pharmazeutisch verträglichen
Träger
oder Vehikel einer Formulierung einverleibt, insbesondere einer
Formulierung für
die topische Verabreichung.
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Die
erfindungsgemäß hergestellten
Formulierungen eignen sich für
beliebige therapeutische/kosmetische Anwendungsmöglichkeiten, bei denen eine
vorübergehende
und ortsspezifische Unterbrechung der Zell-Zell-Kommunikation erstrebenswert ist. Hierzu
gehören
die Behandlung von neuronalen Schäden in Gehirn, Rückenmark
oder Sehnerv (wo die Schädigung
soweit wie möglich
zu lokalisieren ist), die Förderung
der Wundheilung und die Verringerung der Narbenbildung, beispielsweise
nach kosmetischchirurgischen Eingriffen oder Verbrennungen.
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Insbesondere
können
topische Formulierungen, wie Cremes, dazu herangezogen werden, die
Teilung und das Wachstum von epithelialen Basalzellen (unter Verwendung
von ODNs, die auf Connexin 43 abzielen) und der Keratinisierung
der äußeren Schicht
(unter Verwendung von ODNs, die auf Connexin 31.1 abzielen) verwendet
werden.
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Die
Antisense-Polynucleotide (einschließlich das ODN) können in
einer im wesentlichen Umfang isolierten Form vorliegen. Es ist ersichtlich,
dass das Produkt mit Trägern
oder Verdünnungsmitteln
vermischt werden kann, die den vorgesehenen Anwendungszweck des
Produkts nicht stören
und die immer noch als im wesentlichen Umfang isoliert anzusehen
sind. Ein erfindungsgemäßes Produkt
kann auch in einer im wesentlichen gereinigten Form vorliegen, wobei
es in diesem Fall im allgemeinen 90 %, z. B. mindestens 95 %, 98
% oder 99 % des Polynucleotids oder der Trockenmasse des Präparats ausmacht.
-
Verabreichung
-
Die
erfindungsgemäßen Antisense-Polynucleotide
(einschließlich
ODNs) (typischerweise in Form der hier erörterten Formulierung) können somit
einem behandlungsbedürftigen
Menschen oder Tier verabreicht werden, z. B. einem Menschen oder
Tier, die beliebige der hier erwähnten
Krankheiten oder Zustände
aufweisen. Der Zustand des Menschen oder Tiers kann auf diese Weise
gebessert werden. Das Polynucleotid und die Formulierung können somit
bei der therapeutischen Behandlung des menschlichen oder tierischen
Körpers verwendet
werden. Sie können
bei der Herstellung eines Medikaments zur Behandlung beliebiger
der hier erwähnten
Zustände
verwendet werden.
-
Die
Antisense-Polynucleotide können
in typischer Weise (an der zu behandelnden Stelle) verabreicht werden.
Vorzugsweise werden die Antisense-Polynucleotide mit einem pharmazeutisch
verträglichen
Träger oder
Verdünnungsmittel
zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung vereinigt.
Zu geeigneten Trägern
oder Verdünnungsmitteln
gehören
isotonische Salzlösungen,
z. B. phosphatgepufferte Kochsalzlösung. Die Zusammensetzung kann
für die
parenterale, intramuskuläre,
intrazerebrale, intravenöse,
subkutane oder transdermale Verabreichung zubereitet werden.
-
Die
Dosis, in der ein Antisense-Polynucleotid einem Patienten verabreicht
wird, hängt
von einer Vielzahl von Faktoren ab, z. B. vom Alter, dem Gewicht
und dem Allgemeinzustand des Patienten, dem zu behandelnden Zustand
und dem speziellen Antisense-Polynucleotid, das verabreicht wird.
Eine geeignete Dosis kann jedoch 0,1 bis 100 mg/kg Körpergewicht,
z. B. 1 bis 40 mg/kg Körpergewicht,
betragen.
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Die
Aufnahme von Nucleinsäuren
durch Säugetierzellen
wird durch mehrere bekannte Transfektionstechniken verstärkt, z.
B. durch Techniken unter Verwendung von Transfektionsmitteln. Die
Formulierung, die verabreicht wird, kann derartige Mittel enthalten.
Zu Beispielen für
diese Mittel gehören
kationische Mittel (z. B. Calciumphosphat und DEAE-Dextran) und Lipofektionsmittel
(z. B. Lipofectam® und Transfectam®).
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Die
vorstehend beschriebenen Verabreichungswege und Dosierungen sind
nur als Richtlinien anzusehen, da der Arzt in der Lage ist, leicht
die optimalen Verabreichungswege und Dosierungen für beliebige
spezielle Patienten und Zustände
zu ermitteln.
-
Homologe
-
Hier
werden die Begriffe "Homologie" und "Homologe" erörtert (z.
B. können
die Polynucleotide ein Homologes der Sequenz von Connexin-mRNA darstellen).
Derartige Polynucleotide weisen typischerweise eine Homologie von
mindestens 70 %, vorzugsweise von mindestens 80, 90, 95, 97 oder
99 $, mit der einschlägigen
Sequenz über
einen Bereich von mindestens 15, 20, 40, 100 oder mehr benachbarten
Nucleotiden (der homologen Sequenz) auf.
-
Die
Homologie kann auf der Grundlage eines beliebigen Verfahrens gemäß dem Stand
der Technik berechnet werden. Beispielsweise stellt die UWGCG-Packung
ein "BESTFIT"-Programm bereit,
das zur Berechnung der Homologie herangezogen werden kann (z. B.
in der Default-Einstellung verwendet) (Devereux et al., Nucleic
Acids Research, Bd. 12 (1984), S. 387-395). Die "PILEUP"- und "BLAST"-Algorithmen können zur Berechnung der Homologie
oder zur Ausrichtung von Sequenzen verwendet werden (typischerweise
an ihren Default-Einstellungen), wie es beispielsweise von S. F.
Altschul, J. Mol. Evol., Bd. 36 (1993), S. 290-300; und S. F. Altschul
et al., J. Mol. Biol., Bd. 215 (1990), S. 403-410, beschrieben wird.
-
Die
Software zur Durchführung
der BLAST-Analysen ist über
das National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) öffentlich
zugänglich.
Dieser Algorithmus umfasst zunächst
die Identifizierung eines "high
scoring"-Sequenzpaars
(HSPs) durch Identifizierung kurzer Wörter der Länge W in der Abfragesequenz,
die bei Ausrichtung mit einem Wort von gleicher Länge in einer
Datenbanksequenz mit einer positiven Schwellenbewertung T entweder übereinstimmt
oder dieser genügt.
T wird als die Nachbarschaftswort-Bewertungsschwelle bezeichnet (Altschul
et al., a.a.O.). Diese anfänglichen
Nachbarschaftswort-Treffer dienen als Keimzellen zur Einleitung
von Recherchen zum Auffinden von HSPs, die diese enthalten. Die
Worttreffer werden in beiden Richtungen entlang jeder Sequenz soweit
ausgedehnt, wie die kumulative Ausrichtungsbewertung erhöht werden
kann. Erweiterungen der Worttreffer in jeder Richtung werden angehalten,
wenn: die Bewertung der kumulativen Ausrichtung um die Menge X vom
maximal erreichten Wert abfällt;
die kumulative Bewertung auf 0 oder darunter fällt und zwar aufgrund der Ansammlung
von einem oder mehreren Ausrichtungen von Resten mit negativer Bewertung;
oder das Ende von einer der Sequenzen erreicht ist. Die BLAST-Algorithmus-Parameter
W, T und X bestimmen die Empfindlichkeit und die Geschwindigkeit
der Ausrichtung. Das BLAST-Programm bedient sich als Defaults einer
Wortlänge
(W) von 11, der BLOSUM62-Bewertungsmatrix (vergl. Henikoff und Henikoff,
Proc. Natl. Acad. Sci., USA, Bd. 89 (1992), S. 10915-10919), Ausrichtungen
(B) von 50, Erwartung (E) von 10, M=5, N=4 und eines Vergleichs
beider Stränge.
-
Der
BLAST-Algorithmus führt
eine statistische Analyse der Ähnlichkeit
zwischen zwei Sequenzen durch; vergl. z. B. Karlin und Altschul,
Proc. Natl. Acad. Sci., USA, Bd. 90 (1993), S. 5873-5877. Ein Maß für die Ähnlichkeit,
das vom BLAST-Algorithmus bereitgestellt wird, ist die kleinste
Summenwahrscheinlichkeit (P(N)), die einen Hinweis auf die Wahrscheinlichkeit
gibt, mit der zufällig
eine Übereinstimmung
zwischen zwei Nucleotid- oder Aminosäuresequenzen eintritt. Beispielsweise
wird eine Sequenz als ähnlich
mit einer anderen Sequenz angesehen, wenn die kleinste Summenwahrscheinlichkeit
im Vergleich der ersten Sequenz mit der zweiten Sequenz weniger
als etwa 1, vorzugsweise weniger als etwa 0,1, insbesondere weniger
als etwa 0,01 und ganz besonders weniger als etwa 0,001 beträgt.
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Die
homologe Sequenz unterscheidet sich typischerweise von der einschlägigen Sequenz
durch mindestens (oder durch nicht mehr als) 2, 5, 10, 15, 20 oder
mehr Mutationen (bei denen es sich um Substitutionen, Deletionen
oder Insertionen handeln kann). Diese Mutationen können über beliebige
Bereiche, die vorstehend in Zusammenhang mit der Berechnung der
Homologie erwähnt
wurden, gemessen werden.
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Die
homologe Sequenz hybridisiert typischerweise mit der ursprünglichen
Sequenz in einem signifikant über
dem Hintergrund liegenden Niveau. Eine selektive Hybridisierung
wird typischerweise unter Anwendung von Bedingungen mittlerer bis
hoher Stringenz erreicht (z. B. 0,03 M Natriumchlorid und 0,03 M
Natriumcitrat für
etwa 50 °C
bis etwa 60 °C).
Jedoch kann eine derartige Hybridisierung typischerweise unter beliebigen
geeigneten Bedingungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind,
durchgeführt
werden (vergl. Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory
Manual, (1989)). Wenn beispielsweise hohe Stringenz erforderlich
ist, umfassen geeignete Bedingungen: 0,2 × SSC bei 60 °C. Wenn eine
geringere Stringenz erforderlich ist, umfassen geeignete Bedingungen:
2 × SSC
bei 60 °C.
-
Nachstehend
werden verschiedene Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf den
folgenden experimentellen Abschnitt beschrieben, der jedoch nur
der Erläuterung
dient und keine Beschränkung
des Schutzumfangs der Erfindung darstellen soll.
-
Experimenteller
Teil
-
Experiment 1
-
Materialien und Methoden
-
Antisense-Anwendung
-
30
% Pluronic F-127-Gel (BASF Corp.) in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (Wasser
von molekularer Qualität)
wurde zur Abgabe von für
unmodifiziertes a1-Connexin (Connexin 43) spezifische Antisense-ODNs
an den sich entwickelnden Hühnerembryo
verwendet (Simons et al., 1992). Hühnerembryos wurden bei 38 °C inkubiert
und gemäß den Hamilton-
und Hamburger-Stadien eingeteilt. An den Eiern wurde ein Fenster
angebracht und die Dotterhaut und die amniotischen Membranen über dem
zu behandelnden Bereich wurden unter Verwendung einer feinen Pinzette
geöffnet.
Nach Antisense-Anwendung wurden die Eier mit einem Klebeband verschlossen
und 48 Stunden in den Inkubator gebracht. Zu diesem Zeitpunkt wurden
die meisten Experimente durchgeführt,
ausgenommen die Analyse des zeitlichen Verlaufs des a1-Connexin-"Abbaus" und der Erholung.
-
Pluronic-Gel
ist bei niederen Temperaturen (0–4 °C) flüssig, verfestigt sich aber,
wenn es bei physiologischen Temperaturen auf den Embryo getropft
wird, wo es mindestens 12 Stunden an Ort und Stelle bleibt. Das
Gel hat den zusätzlichen
Vorteil, dass es ein mildes oberflächenaktives Mittel darstellt
und somit bei alleiniger Verwendung oder bei Verwendung in Verbindung
mit DMSO offensichtlich die ODN-Penetration
in Zellen in ausgeprägtem
Maße beschleunigte
(Wagner, 1994). Durch Anbringen einer FITC-Markierung an DB1-ODN (bei
Betrachtung unter Anwendung von konfokaler Laser-Scanningmikroskopie)
wurde eine intrazelluläre
Penetration der Sonden nachgewiesen. Die Sequenzen von Desoxyoligonucleotiden
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
-
Tabelle 1
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Einfluss der ODN-Anwendung
auf die Gliedmaßenentwicklung
zwischen den Stadien 8 & 14
der Hühnerembryoentwicklung
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Antisense-Oligodesoxynucleotide
gegen Connexin 43
DB1 GTA ATT GCG GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC
CG1
GGC AAG AGA CAC CAA AGA CAC TAC CAG CAT
Kontroll-Oligodesoxynucleotide
DB1
(Sense) GAC AGA AAC AAT TCC TCC TGC CGC AAT TAC
DB1 (Huhn)
GTA GTT ACG ACA GGA GGA ATT GTT CTC GTC
CV3 (willkürlich) TCG
AAC TGT CAA GAC TGC TAT GGC GAT CAT
Nur Gel
-
Sämtliche
ODNs wurden in einer Endkonzentration von 0,5–1,0 mM gemäß einer dosisabhängigen Analyse
während
Vorversuchen, die einen Konzentrationsbereich von 0,05 mM bis 50
mM abdeckten, angewandt.
-
Allgemeine
Toxizitätseffekte
machten sich nur bei ODN-Konzentrationen von mehr als 10 mM bemerkbar.
ODN-Gelgemische wurden aus konzentrierten Vorratslösungen,
die bei –80 °C aufbewahrt
worden waren, hergestellt.
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Antisense-Sequenzen
-
DB1
ist eine Maus-Antisense-Sequenz, die komplementär zu den Basen 1094–1123 des
a1-Connexin-Gens ist. Sie weist vier Fehlpaarungen mit der Hühner-a1-Connexin-Sequenz
auf. CG1 ist komplementär zu
den Hühner-a1-Connexin-Basen 720–749. Die
Wirksamkeit dieser Sonde wurde durch Zusatz von 1 % Dimethylsulfoxid
(DMSO) zum Gel verbessert. DMSO wies keinen Einfluss auf andere
Antisense-ODN- oder Kontrollergebnisse auf.
-
Kontrollsequenzen
-
DB1
(Huhn) ist das Hühner-a1-Connexin-Äquivalent
von DB1, bei dem Übereinstimmung
mit den Hühner-a1-Connexin-Basen
954-983 besteht. Eine Analyse zeigt jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit
zur Bildung von Stammschleifenstrukturen (G = –7,0 kcal/mol, Schleifen-Tm
= 92 °C)
und zur Homodimerisierung (Tm = 1,5 °C). Dieses Produkt wirkt daher
als Kontrollsequenz. Es wurde berichtet, dass einige Sense-Oligonucleotide
stabile DNA-Triplets bilden können
(Neckers et al., 1993), die die Transkription hemmen. Dies wurde
jedoch mit DB1 (Sense) nicht beobachtet. Eine willkürliche Kontrollsequenz
ohne stabile Sekundärstruktur
(G = 1,4 kcal/mol) und einer instabilen Homodimerisierung wurde
ebenfalls verwendet. Sie wurde als CV3 bezeichnet. Eine zusätzliche
Kontrolle unter Anwendung eines Gemisches mit gleichen Konzentrationen
an DB1 und DB1 (Sense) ergab die Hintergrundniveaus von Defekten.
-
Überwachung des Protein-Abbaus
-
Eine
immunohistochemische Lokalisierung des a1-Connexin-Spaltenverbindungsproteins
an Zell-Zell-Grenzflächen
ergibt eine direkte Messung des Antisense-Effekts. Antipeptid-a1-Connexin-spezifische Antikörpersonden
wurden zur Wholemount-Färbung
von Embryos verwendet und die Connexin-Verteilung wurde durch konfokale
Laser-Scanningmikroskopie gemäß eingeführten Verfahren
analysiert (Green et al., 1995). Eine Kontrollmarkierung für zwei weitere
Connexine, die im sich entwickelnden Hühnerembryo exprimiert werden
(Connexine b1 & b2),
wurde auf ähnliche
Weise durchgeführt,
wobei ebenfalls sequenzspezifische Antikörper verwendet wurden (Becker
et al., 1995).
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Ergebnisse
-
Verringerung der al-Connexin-Expression
-
Unter
Verwendung von Pluronic F-127-Gel zur Abgabe von unmodifizierten,
a1-Connexin-spezifischen Antisense-ODNs an den sich entwickelnden
Hühnerembryo
kann die Proteinexpression zu ausgewählten Zeitpunkten beeinträchtigt werden,
wodurch die Antisense-Behandlung zielgerichtet auf spezifische Regionen
eines Hühnerembryos
vorgenommen werden kann. Ein Geltröpfchen mit einem Gehalt an
Antisense in einer relativ niedrigen Konzentration wurde genau auf
einzelne Embryos platziert. Das Gel verfestigte sich und blieb mindestens
12 Stunden an Ort und Stelle, so dass in dieser Region eine anhaltende
niedrige Dosis von Antisense aufrechterhalten wurde. Die Antisense-Anwendungen
wurden zielgerichtet und zeitlich so abgegeben, dass eine Verbindungsbildung
vor den Perioden einer erhöhten
Expression in Gliedmaßen,
Neuralrohr und Gesicht blockiert wurde. Diese Zeitpunkte wurden
so gewählt,
dass die Einflüsse
von Antisense durch Verringerung der Expression von neuem Protein
optimiert wurde, anstelle einer Abhängigkeit vom Turnover von Protein,
das bereits in den Membranen der Zellen des Zielgewebes vorhanden
ist. Sowohl DB1 als auch CG1-ODNs verringerten die Expression von
a1-Connexinprotein innerhalb von 2 Stunden im Neuralrohr und in
den Gliedmaßenknospen
in drastischer Weise innerhalb von 4 bis 8 Stunden und blieben in
einigen Geweben 18 bis 24 Stunden und 48 Stunden bestehen (Daten
nicht aufgeführt).
Bei keiner der durchgeführten
Kontrollen war eine Herunterregulierung von a1-Connexinprotein ersichtlich.
Gleichermaßen
blieben zwei weitere Mitglieder der Connexin-Familie, die im Hühnerembryo
exprimiert werden, nämlich
b1-Connexin und b2-Connexin, durch die a1-Connexin-spezifische Antisense-ODN
unbeeinflusst.
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Mehrere
parallele Kontrollen wurden bei sämtlichen Experimenten mitgeführt. Hierzu
gehörten: DB1-Sense,
eine Kombination aus DB1-Antisense
und DB1-Sense, DB1-Huhn (das Stammschleifenstrukturen mit sich selbst
bildet), willkürliche
ODNs-CV3, Pluronic-Gel allein, Pluronic-Gel mit DMSO und PBS allein). Keine
der Kontrollen wies einen merklichen Einfluss auf die Expression
von a1-Connexinprotein auf.
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Experiment 2
-
Einleitung
-
Astrozyten
stellen im Säugetierhirn
den am reichlichsten vorhandenen Zelltyp dar. Sie sind in ausgedehntem
Maße aneinander
und an Neuronen über
Gap Junctions, die vorwiegend aus Connexin 43 zusammengesetzt sind,
gekuppelt (Giaume und McCarthy (1996)). Nach einer durch eine Ischämie induzierten
oder physischen Hirnschädigung
bleiben diese Kanäle
offen und eine sich ausbreitende Depressionswelle (initiiert durch
erhöhtes
interstitielles Kalium und Glutamat und apoptotische Signale) entsteht
(Cotrina et al., (1998); Lin et al. (1998)). Wellen von erhöhtem Zytosol-Calcium und zweiten
Messenger-Molekülen,
wie IP3, breiten sich langsam über
die Spaltenverbindungskanäle
auf Neuronen über
den Kern der geschädigten
Region hinaus aus, was zu einer innerhalb der 24 bis 48 Stunden
im Anschluss an die Schädigung
erweiterten Läsion führt. Auf
diese Weise werden ungeschädigte
Nachbarzellen zerstört
(Lin et al., 1998)), d. h. der sogenannte "Bystander"-Effekt.
-
Dieses
Experiment untersucht die Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Formulierungen
zur Verhinderung dieses Bystander-Effekts.
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Materialien
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Oligodesoxynucleotide
mit den folgenden Sequenzen wurden hergestellt:
GTA ATT GCG
GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC (Connexin 43)
TTG TGA TTT ATT TAG
TTC GTC TGA TTT C (willkürliche
Kontrolle)
-
Methoden
-
Oligodesoxynucleotide
(ODNs)
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Unmodifizierte
ODNs wurden in Pluronic F-127-Gel (BASF) in phosphatgepufferter
Kochsalzlösung (PBS)
abgegeben. Pluronic-Gel ist bei niederen Temperaturen (0–4 °C) flüssig und
verfestigt sich bei physiologischen Temperaturen. Ferner stellt
es ein mildes oberflächenaktives
Mittel dar. Unmodifizierte ODNs weisen normalerweise eine Halbwertszeit
von etwa 20 Minuten in Zellen auf (Wagner, (1994)), jedoch ergibt
das Verfahren mit der Beladung mit Pluronic-Gel eine kontinuierliche
Diffusionsquelle, wobei das Gel als Reservoir wirkt (Becker et al.,
(1999)). Für
Connexin 43 spezifische ODNs oder willkürliche Kontroll-ODNs mit ähnlicher Basenzusammensetzung
wurden in einer Endkonzentration von 2 mM angewandt. Ferner wurden
auch Kontrollen nur mit Gel durchgeführt. Bei den ODNs handelte
es sich um 30-mere, bei denen durch Analyse gezeigt wurde, dass
keine Haarnadelschleifenbildung oder Homodimerisation auftreten
sollte.
-
Läsionsbildung
-
Hirnläsionen wurden
an Wistar-Ratten mit einem Gewicht von 250–300 g vorgenommen. Die Tiere wurden
mit 1–2
% Halothan in Sauerstoff betäubt
und der Kopf wurde in einer stereotaktischen Klemme gehalten. Die
Region um die Läsionsstelle
herum wurde rasiert und die Haut über dem Schädel wurde in einer sagittalen
Ebene mit einem Skalpell geschnitten und zurückgezogen, um die Schädelplatten
freizulegen. Ein Loch mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde durch
die Schädelplatte
in einem Abstand von 3 mm rechts vom Scheitel unter Verwendung eines
Arlec-Graviergeräts
gebohrt und eine Läsion
wurde in der Hirnrinde unter Verwendung einer an eine Mikrometervorrichtung
angebrachten Spritzennadel Nr. 19G 1 1/2 ausgeführt. Das Objektmikrometer ermöglichte
eine genaue Richtungskontrolle und eine präzise Eindringtiefe von 2 mm, wodurch
die Läsion
innerhalb der Rinde und deutlich oberhalb des Corpus callosum blieb.
-
Nach
dieser Vorbereitung des Tiers wurden 10 ml eiskaltes Pluronic F-127-Gel
(BASF) mit einem Gehalt an Connexin 43-spezifischer ODN (oder einer
Kontroll-ODN) in eine vorgekühlte
Spritzennadel der Größe 19G 1
1/2, die zu einer flachen Spitze abgefeilt worden war, aufgezogen.
Die Spritzennadel wurde über
eine abgeschnittene gelbe Pipettenspitze an eine volumetrische Pipette
angebracht. Das Gel verfestigte sich beim Erwärmen auf Raumtemperatur anschließend in
der Nadel. Die Nadel mit dem in der Spitze befindlichen Gelpfropfen
wurde sodann an einer 1 ml fassenden Spritze mit einem Gehalt an
PBS angebracht, wobei über
den Nadelschaft eine Hülse
gestreift wurde, so dass die Nadelspitze in die Läsion abgesenkt
werden konnte, wobei die Hülse
(die auf den Schädel
auftraf) eine Überpenetration
verhinderte. Ein leichter Druck auf den Spritzenkolben bewirkte
ein "Herausschießen" des Gelpfropfens
aus der Nadel in die Läsion.
Die Wunde wurde sodann mit Wasserstoffperoxid behandelt, um die
Blutung zu stoppen, und die Haut wurde wieder angenäht. Die
Tiere wurden sorgfältig überwacht
und nach 24 Stunden, 48 Stunden oder 12 Tagen getötet.
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Gefrierschnitte
-
Die
Tiere wurden unter Verwendung von Nembutal (Pentobarbitonnatrium,
Virbac) getötet
und enthauptet. Die Gehirne wurden vollständig entnommen und sofort in
Trockeneisschnee eingefroren und bis zur Anfertigung von Schnitten
bei –80 °C aufbewahrt.
Serielle Kryoschnitte (30 mm-Schnitte) und von der Frontseite zur
Rückseite
(koronale Ebene) ausgeführt.
Die Schnitte wurden trocken auf mit Chromalaun behandelten Objektträgern montiert
und für
die histochemische oder immunohistochemische Untersuchung bei –80 °C aufbewahrt.
Der erste und letzte Schnitt einer jeden Läsion wurde aufgezeichnet, so
dass die Schnitte durch den Mittelpunkt der Läsion klar identifiziert wurden.
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Histochemie
-
Zur
Färbung
mit Hämotoxylin
und Eosin wurden Schnitte durch eine absteigende Serie von Alkoholen (absolut,
2 × 95
%, 1 × 70
% und Wasser) hydratisiert und 4 Minuten in Gill-Hämotoxylin
gefärbt.
Sodann wurden die Schnitte in Wasser gewaschen, in Scott-Wasser
getaucht und erneut in Wasser gewaschen. Anschließend wurden
sie 30 Sekunden in gemäß Moore
gepuffertem Eosin gefärbt.
Die Schnitte wurden ein weiteres Mal in Wasser gewaschen, bevor
sie durch eine Serie von Alkoholen (2 × 95 %, 1 × absolut), 50:50 Alkohol:Xylol
dehydratisiert und anschließend
in Xylol getaucht wurden. Sodann wurden die Schnitte unter Verwendung eines
Histomountä-Montiermediums
montiert.
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Zur
Nissl-Färbung
wurden Schnitte in einer aufsteigend abgestuften Serie von Alkoholen
(75 %, 95 %, 3 × 100
%) jeweils 5 Minuten dehydratisiert und 5 Minuten in Xylol entfettet.
Anschließend
wurden die Schnitte durch eine absteigende Serie der gleichen Alkohole
rehydratisiert und in Wasser gewaschen. Sodann wurden die Schnitte
10 Minuten in eine Nissl-Färbelösung (5
ml einer 2%igen wässrigen
Cresylviolett-Vorratslösung, 90
ml einer 6%igen Lösung
von Eisessig in Wasser, 10 ml einer 1,35%igen Natriumacetatlösung) gelegt.
Anschließend
wurden die Schnitte rasch in einer Serie von aufsteigenden Alkoholen
5 Minuten bei 75 %, sodann jeweils 2 Minuten bei 95 % und 3 × 100 %
dehydratisiert und 3 × jeweils
10 Minuten mit Xylol behandelt. Sodann wurden sie mit Histomountä-Montiermedium
bedeckt.
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Immunohistochemie
-
Man
ließ zunächst Gefrierschnitte
in PBS auf Raumtemperatur kommen. Sodann wurden sie 2 Minuten in
Methanol permeabilisiert, in PBS gespült und zum Blockieren 30 Minuten
in eine Lösung
von 0,1 M Lysin und 0,1 % Triton-X 100 gebracht. Daran schlossen
sich zwei Waschvorgänge
in PBS von jeweils 2 Minuten an. Das PBS wurde entfernt und 50 ml
pro Schnitt primärer
Antikörper
wurde aufgetragen.
-
Die
immunohistochemische Untersuchung wurde mit primären Antikörpern gegen Connexin 43, neuronalen-Nuclei
(wirbeltierspezifisches nukleares Protein NeuN) und GFAP (gliales,
fibrilläres
saures Protein) durchgeführt.
Es wurden die folgenden Antikörper
verwendet:
Kaninchen-anti-Cx 43 (Gourdie et al., (1991)) in
einer Konzentration von 1:300.
Mäuse-anti-Cx 43 (Chemicon International,
Inc.) in einer Konzentration von 1:100.
Kaninchen-anti-Ratten-GFAP
(DAKO, Z0334) in einer Konzentration von 1:1000.
Mäuse-anti-neuronale
Kerne (Chemicon International, Inc.) in einer Konzentration von
1:1000.
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Für die Markierung
mit Connexin und GFAP wurden die Schnitte über Nacht bei 4 °C inkubiert.
Anschließend
wurden sie 3-mal 15 Minuten mit einem Orbitalschüttler in PBS gewaschen. Sodann
wurde überschüssiges PBS
entfernt und pro Schnitt wurden 50 ml Alexaä 488-anti-Kaninchen-IgG (Molecular
Probes, Oregon, USA) in einer Konzentration von 1:200 aufgebracht.
Für monoklonale
und doppelte Markierungen wurde ein CY3 (Chemicon, 132C) sekundärer anti-Maus-Antikörper verwendet.
Die Schnitte wurden im Dunklen 2 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert
und sodann 3-mal 15 Minuten in PBS gewaschen. Zur Montage wurde überschüssiges PBS
von den Objektträgern
entfernt und 1 oder 2 Tropfen Citifluor (Glycerin/PBS-Lösung)-Antiverblassungsmittel
wurden aufgetragen. Ein Deckel wurde auf die Schnitte gelegt und
mit Nagellack versiegelt. Für
die Neuronal-N-Markierung
handelte es sich beim sekundären
Antikörper
um biotinylierten Ziegen-anti-Maus-Antikörper, der anschließend einer
avidinverknüpfte
HRP- und DAB-Reaktion
unterzogen wurde (Sigma ExtrAvidin oder DAKO Quickstain-Kit).
-
Abbildung und Analyse
-
Eine
Immunofluoreszenzmarkierung wurde unter Verwendung des konfokalen
Laser-Scanningmikroskops Leica TCS 4D durchgeführt. Markierte Doppelbilder
wurden anschließend
unter Verwendung der Leica Combine-Funktion oder im Adobe-Photoshop vereinigt.
Mit Hämotoxylin
und Eosin sowie gemäß Nissl
gefärbte
Proben oder mit Neuronal-N markierte Schnitte wurden unter Verwendung
einer Kontron (Zeiss) Progress 3008-Digitalkamera aufgenommen. Die
Läsionsbereiche
wurden unter Verwendung von MetaMorph (Universal Imaging Corp.)
analysiert. Von den Läsionsbereichen
wurde jeweils der Mittelschnitt analysiert.
-
Ergebnisse
-
Die
gut dokumentierte Ausbreitung von Hirnläsionen, die in den ersten 24
bis 48 Stunden nach dem Trauma, die in unseren Kontrollgel-Experimenten und
bei sämtlichen
Läsionen,
die mit Kontrolle und Antisense behandelt worden waren, auftraten,
tendierte zu einer Ausbreitung in der Nähe des äußeren Randes, wo die Anwesenheit
des Gels nach der Beladung weniger wahrscheinlich ist. Jedoch breiteten
sich Kontrollläsionen nach
unten in das Corpus callosum und seitwärts unter Bildung von ausgefransten
Rändern
aus (1 und 2). Eine Prüfung von
mit Neuronal-N-Antikörper markierten
Geweben zeigt, dass der neuronale Zelltod deutlich rückwärts vom
Läsionsrand
aus auftritt, wobei Bereiche von Nissl-Färbung vorhanden sind, in denen
keine lebensfähigen
Neuronen verbleiben. Diese Ausbreitung erfolgt vorwiegend innerhalb
von 24 Stunden (1 und 2)
und setzt sich bis zu 48 Stunden nach der Läsionsbildung fort. Dies ist
besonders deutlich in 2, wo der neuronale
Zelltod innerhalb von 24 Stunden vom Läsionsrand nach rückwärts in ansonsten
normal aussehendes Gewebe auftritt. Die Läsion hat sich gerade nach unten
in das Corpus callosum ausgebreitet. Im Gegensatz dazu bleiben die
günstigeren,
mit Connexin 43-Antisense behandelten Läsionen auf die ursprüngliche
Läsionsstelle
beschränkt
und weisen klar definierte Basisniveaus auf (3 und 4). Die Neuronal-N-Markierung fällt mit
dem Nissl-gefärbten
Gewebe zusammen und keine der mit Connexin 43-Antisense behandelten
Läsionen
breitete sich im Corpus callosum aus. Die Neuronal-N-Markierung zeigt
das Überleben
von Neuronen genau bis zum Rand der ursprünglichen Nadeltraktläsion. Überlebende
Neuronen um diese Läsionen
herum definieren häufig
scharfe Grenzen, die den Rand des Nadeltrakts markieren (3 und 5). Nach
der Antisense-Behandlung bleibt mehr Gewebe innerhalb der Läsion selbst
lebensfähig.
Bei Kontrollläsionen
führt der
Zelltod zu einem Gewebeverlust innerhalb des Läsionsbereiches (vergl. die
Kontrollläsionen 2 nach 24 Stunden mit den mit Antisense
behandelten Läsionen
in den 3 und 4 nach
48 Stunden).
-
Obgleich
die Antikörper-Markierung
von glialem, fibrillärem,
saurem Protein (GFAP) eine gewisse Zunahme der Astrozyten-Aktivierung
an den Läsionsrändern zeigt,
sind die Connexin 43-Proteinkonzentrationen an zahlreichen Stellen
entlang des Randes der mit Antisense behandelten Läsionen deutlich
verringert, insbesondere die basalen und medialen Ränder (6),
verglichen mit den Kontrollen (7). In einigen
Bereichen liegt die einzige Connexin 43-Markierung, die 24 Stunden
nach der Connexin 43-spezifischen Antisense-Behandlung verbleibt,
in den Blutgefäßwänden, trotz
erhöhter
GFAP-Konzentrationen (6). Im allgemeinen fällt die
Connexin 43-Markierung um die mit Antisense behandelte Läsion in
wesentlich geringerem Umfang mit der GFAP-Markierung zusammen, als
bei Kontrollen, bei denen mehr als die Hälfte der Connexin 43-Markierung
astrozytenbezogen ist. Andere Connexin-Konzentrationen (Connexine
26 und 32) wurden durch die Connexin 43-spezifischen Antisense-Behandlungen
offensichtlich nicht verändert.
-
Bei
36 Tieren wurde eine Läsion
vorgenommen. Bei 21 Tieren wurde die Querschnittfläche (zentrale Scheibe
des Läsionsvolumens
in einer koronalen Ebene) analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle
2 aufgeführt.
-
-
Bei
der endgültigen
Analyse wurde die Läsionsfläche von
einer Linie 1 mm unter dem äußeren Rindenrand
gemessen, um dadurch eine Läsionsausbreitung
am äußeren Rand
auszuschließen,
wo die Antisense-Behandlungen
nur eine geringe oder gar keine Wirkung hatten (aufgrund der Tatsache,
dass das Gel am Boden der Läsionen
injiziert wurde und sich dort absetzte). Ein mit Antisense behandeltes
Tier weicht um mehr als 3 Standardabweichungen von dieser Gruppe
ab und wurde ausgeschlossen. Die mittlere Läsionsgröße für mit Antisense behandelte
Läsionen
nach 24 und 48 Stunden betrug 1,45 mm2 ± 0,55)
und für
Kontrollen 2,1 mm2 ± 0,6). Die vier kleinsten
Läsionen
(von 8 mit Antisense behandelten und 8 Kontrollläsionen nach 24 und 48 Stunden)
waren alle mit Connexin 43-Antisense
behandelt, wobei die kleinste Kontrollläsion um 50 % größer als
diese vier Läsionen
war. Diese Daten sind ferner in graphischer Form in 8 dargestellt.
Nach 12 Tagen ergibt sich eine Regeneration bei der Ratte (jedoch
nicht im humanen Hirngewebe) und die Grenzen der ausgebreiteten
Läsion
sind nicht klar definiert.
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Diskussion
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Das
Pluronic-Gelpfropfen-Antisense-ODN-Verfahren wurde zur Untersuchung
des Einflusses des Connexin 43-Abbaus während der Astrozytose, die
im Anschluss an eine Läsion
der Gehirnrinde des Säugetierhirns
auftritt, herangezogen. Im Hirn verursacht eine Freisetzung von
Toxinen aus sterbenden Neuronen den sogenannten "Bystander"-Effekt, wobei sich die Toxine über Spaltenverbindungskanäle auf benachbarte Zellen
verteilen (Lin et al, (1998)). Unter neurodegenerativen Bedingungen
führt eine
langsame Freisetzung von Toxinen offensichtlich zu einer Hochregulierung
von Connexin 43-Kanälen
in Astrozyten, um den Transport und die Entfernung der Toxine in
den Blutstrom zu ermöglichen.
In Fällen
eines schweren Traumas unterstützt jedoch
diese Hochregulierung die Verteilung von hohen Toxinkonzentrationen
auf benachbarte Neuronen, wobei sie diese abtötet. Eine Blockierung der Connexin
43-Hochregulierung und ein Abbau von Connexin 43-Kanälen verhindert
diese Ausbreitung und führt
zu Läsionen
mit einer um bis zu 50 % geringeren Querschnittfläche. Dies
hat erhebliche Auswirkungen bei der Beherrschung von ischämischen
Schlaganfällen,
bei der Behandlung von neurodegenerativen Krankheiten und bei der
Modulation von Nebenwirkungen aufgrund von chirurgischen Eingriffen.
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Experiment 3
-
Einleitung
-
Der
Bystander-Effekt in neuralen Geweben, bei dem geschädigte Neuronen
Toxine freisetzen, die sich ausbreiten und Nachbarzellen abtöten, ist
gut dokumentiert. Das Experiment 2 zeigt, dass dieser Effekt im
Hirn verringert werden kann, indem man sich der verzögerten Freisetzung
eines Antisense-Oligodesoxynucleotids bedient, um den Abbau des
Spaltungsverbindungsproteins Connexin 43 zu erreichen.
-
Ein
weiteres Gewebe mit ähnlicher
Zusammensetzung wie das Gehirn ist das Rückenmark, in dem die neurale
Population durch Populationen von glialen Zellen, einschließlich Astrozyten,
unterstützt
wird, die für die Neuroschutzwirkung
durch Beseitigung von Glutamat und überschüssigem Calcium aus der neuralen
Umgebung verantwortlich sind. Dieses Experiment untersucht die Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Formulierungen
zur Verringerung der Ausbreitung von Rückenmarkverletzungen.
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Materialien
-
Oligodesoxynucleotide
mit den folgenden Sequenzen wurden hergestellt:
GTA ATT GCG
GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC (Connexin 43)
GAC AGA AAC AAT TCC
TCC TGC CGC AAT TAC (Sense-Kontrolle)
-
Methoden
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Wistar-Ratten
wurden betäubt
und ihr Rückenmark
wurde freigelegt. Sodann wurde im Rückenmark eine übliche Hämisektionsläsion vorgenommen
und 5 ml gekühltes
Pluronic-Gel, das entweder Antisense- oder Sense-ODNs für Connexin
43 (5 mM) enthielt, wurde in die Läsion gebracht. Die Anwendungen
wurden blind durchgeführt.
Das freigelegte Rückenmark
wurde sodann wieder abgedeckt und die Ratte wurde in ihren Käfig zurückgebracht.
Einige Tiere wurden nach 24 Stunden getötet, während andere 12 Tage und 2
Monate gehalten wurden, um das Ausmaß der neuronalen Regeneration
und die endgültige
Läsionsgröße zu bestimmen.
Für axonale
Regenerationsstudien wurden die Ratten betäubt und ihre Axons vor deren
Eintrittsstelle in das Rückenmark
abgetrennt. Ein Pellet mit Meerrettichperoxidase (HRP) wurde in
den Schnitt gelegt, um die Axons innerhalb einer Periode von 24
Stunden rückläufig zu
markieren. Am nächsten
Tag wurden die Ratten getötet
und ihr Rückenmark
wurde entfernt und in 2 Paraformaldehyd fixiert. Sodann wurde das
Rückenmark durch
Kryosektion verarbeitet und serielle Längsschnitte von 8 mm wurden
am Rückenmark
ausgeführt.
Die Schnitte wurden sodann entweder auf Connexine oder GFAP zusammen
mit Propidiumiodid als Nuklearmarker immunogefärbt oder zur Feststellung von
HRP verarbeitet.
-
Ergebnisse
-
24
Stunden nach der Läsion
bestand ein ausgeprägter
Unterschied zwischen den Rückenmarkläsionen bei
Behandlung mit Connexin 43-Sense- und Antisense-ODNs. Die Sense-Läsionen unterschieden
sich offensichtlich nicht von unbehandelten Kontrollen, während die
mit Antisense behandelten Läsionen
offensichtlich kleiner und weniger entzündet waren (9).
-
Nach
12 Tagen waren HRP-markierte Axons sowohl im mit Sense als auch
mit Antisense behandelten Rückenmark
erkennbar, jedoch kreuzte in keinem Fall eine signifikante Anzahl
von regenerierenden Axons die Läsion.
Es bestand jedoch ein ausgeprägter
Unterschied in der Läsionsgröße, wobei
die Antisense-Läsion
offensichtlich erheblich kleiner als die Sense- oder unbehandelten
Läsionen
war.
-
Zwei
Monate nach der Läsion
des Rückenmarks
ergab eine HRP-Markierung
von regenerierenden Axons, dass es ihnen nicht gelungen war, die
Läsionsstelle
sowohl bei Sense- als auch bei Antisense-Behandlung zu kreuzen.
Die Läsionsgröße war bei
dem mit Antisense behandelten Rückenmark
erheblich kleiner, was auf eine signifikante Verringerung des sekundären neuronalen
Zelltods hinweist.
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Diskussion
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Unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Formulierungen
verringert der Antisense-Oligodesoxynucleotid-Abbau von Connexin
43 in signifikantem Maße
die Läsionsausbreitung,
die in den ersten 24 bis 48 Stunden nach einer Rückenmarkverletzung erfolgt.
Der Abbau von Connexin 43 verringert auch Entzündungen und unterstützt ferner
die Neuroschutzwirkung, jedoch ergab sich keine Veränderung
der Fähigkeit
für Neuronen,
durch die Läsionsstelle
zurückzuwachsen.
Somit kann eine Antisense-Behandlung mit für Connexin 43 spezifischen
Oligodesoxynucleotiden nicht das neue Wachstum von geschädigten Neuronen
unterstützen,
hat jedoch eine erhebliche Neuroschutzwirkung unter Verringerung
der Ausbreitung der Schädigung.
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Experiment 4
-
Einleitung
-
Zur
Reparatur von Hautwunden wird eine Anzahl von Zelltypen, wie Fibroblasten,
Endothelialzellen und Keratinozyten, aktiviert, um eine Vermehrung,
Wanderung und Ablage von extrazellulärer Matrix zum Auffüllen der
Wunde zu aktivieren.
-
Eine
Kommunikation und eine interzelluläre Signalleitung stellen Schlüsselmerkmale
des Wundheilungsvorgangs dar. Man nimmt an, dass extrazelluläre Signalleitungsmechanismen
eine Schlüsselrolle
spielen, obgleich es auch möglich
ist, dass eine interzelluläre
Signalleitung durch das ausgedehnte Netzwerk von Spaltenverbindungskanälen in den
Hautschichten eine Rolle spielen können. Calcium-Wellen, die sich
von verletzten Zellen weg durch die Epidermis ausbreiten, signalisieren
möglicherweise
deren Schädigung.
Bei der normalen Wundheilung fallen die Connexin-Konzentrationen
innerhalb von 6 Stunden allmählich
ab und benötigen
zu ihrer Erholung bis zu 6 Tage. Die Rolle, die diese Veränderungen
spielen, ist nicht bekannt, jedoch besagt eine Theorie, dass Zellen
von ihren Nachbarn freigesetzt werden, um sich rasch zu teilen,
und dass anschließend
Verbindungen erneut gebildet werden, um die Migration zur Wundstelle
und über
diese hinweg zu koordinieren.
-
Dieses
Experiment untersucht die Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Formulierungen,
eine Wundheilung zu bewirken.
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Materialien
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Oligodesoxynucleotide
mit den folgenden Sequenzen wurden hergestellt:
GTA ATT GCG
GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC (Connexin 43)
GAC AGA AAC AAT TCC
TCC TGC CGC AAT TAC (Sense-Kontrolle)
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Methoden
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Neugeborene
Mäuse vom
CD1-Stamm wurden durch Besprühen
mit einem Lokalanästhetikum
betäubt.
Sodann wurde an beiden Vorderpfoten mit einem Iridektomiemesser
ein Längsschnitt
von 2 mm Länge ausgeführt. Wenn
diese Wunden unter einem Schneidemikroskop erzeugt werden, lassen
sie sich in einer gut reproduzierbaren Größe erzeugen. Sie heilen im
allgemeinen innerhalb von 3 bis 6 Tagen. Kohlepulver wurde in die
Wunden gestäubt,
um eine Markierung für
eine anschließende
Identifikation der Wundstelle zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen.
Dies beeinflusst in keiner Weise die Heilung. 5 ml gekühltes Pluronic-Gel, das
entweder Sense- oder Antisense-ODNs enthielt, wurde sodann auf die
Wunden aufgetragen. Das Pluronic-Gel ist bei 0 bis 4 °C flüssig, verfestigt
sich jedoch bei einer höheren
Temperatur. Nach dem Auftragen auf die Wunde verfestigt sich das
Gel an Ort und Stelle und wirkt als Reservoir mit langsamer Freisetzung
der ODNs sowie als mildes oberflächenaktives
Mittel, das die Penetration der ODNs in das Gewebe unterstützt. Auf
eine Pfote wurden Sense-ODNs und auf die andere Antisense-ODNs aufgetragen,
wobei unter den Würfen zwischen
links und rechts abgewechselt wurde. Die jungen Tiere wurden unter
einer Lampe gewärmt
und sodann ihrer Mutter zurückgegeben.
Die Wunden wurden täglich
untersucht und in Bezug auf die Heilungsqualität bewertet. Repräsentative
junge Tiere wurden an den Tagen 1, 5 und 8 nach der Operation ausgewählt und ihre
vorderen Gliedmaßen
wurden photographiert. Anschließend
wurden die Tiere betäubt
und mit 2 % Paraformaldehyd perfundiert. Die vorderen Gliedmaßen wurden
entfernt und durch Eintauchen in 2 % Paraformaldehyd über Nacht
fixiert und sodann für
die Harz-Histologie (Tag 1) oder für die Wachs-Histologie (ab
dem 2. Tag) bearbeitet.
-
Entzündungen
der Wunde wurden 24 Stunden nach der Verwundung bestimmt. Harzschnitte
durch die Wunde wurden mit Toluidinblau gefärbt, um Nissl-positive Zellen,
Neutrophile, die als erste Zellen auf die Verletzung reagieren,
festzustellen. Diese Zellen lassen sich auch unter Verwendung von
für Neutrophile
spezifischen Markern feststellen.
-
Zelltod
und Clearance werden durch Tunel-Markierung ermittelt, um die Geschwindigkeit
der Clearance von apoptotischen Zellen zu bestimmen. Eine Makrophagen-Färbung wurde
dazu herangezogen, die Klärungsdauer
im Anschluss an den Zelltod festzustellen. Diese Maßnahmen
wurden an den Tagen 3 bis 5 nach der Verwundung durchgeführt.
-
Angiogenese
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Die
Granulation ist ein Merkmal der Heilung von Bindegewebe und wird
durch die Invasion von zahlreichen Kapillaren verursacht. Von Makrophagen
ist bekannt, dass sie starke Angiogenesefaktoren, wie VEGF, exprimieren.
Der Grad der Vaskularisation wird mit Antikörpern gegen VEGF-Rezeptoren,
anti-PCAM und anti-flt-1, die beide gute Blutgefäßmarker darstellen, überwacht.
Die Kontraktion dieses Gewebes wird durch die Differenzierung von
Wundfibroblasten zu kontraktilen Myofibroblasten hervorgerufen.
Nachdem sie die Wunde zusammengezogen haben, sterben sie apoptotisch
und werden durch Makrophagen entfernt. Diese Zellen können durch
für Actin
der glatten Muskulatur spezifische Antikörper nachgewiesen werden und
ihre Bildung und Entfernung kann verfolgt werden.
-
Hyperinnervation
-
Sensorische
Nerven sind sehr empfindlich gegenüber Signalen, die bei einer
Verwundung freigesetzt werden und entwickeln sich vorübergehend
rasch an den Stellen von Wunden Erwachsener. Jedoch ist bei Wunden
von Neugeborenen diese rasche Vermehrung noch ausgeprägter und
führt zu
einer permanenten Hyperinnervation. Obgleich es nicht klar ist,
was diese Signale bedeuten, ist es wahrscheinlich, dass sie von
entzündlichen
Makrophagen ausgesandt werden. Die Hyperinnervation ist am 7. Tag
nach der Verwundung maximal und die Nervenausbreitung kann unter
Verwendung von PGP 9.5-Antikörper
gegen Neurofilamente festgestellt werden.
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Die
Narbenbildung wird normalerweise Wochen oder Monate nach dem Verschließen der
Wunde bestimmt. Jedoch kann eine vernünftige Bestimmung 12 Tage nach
der Verwundung vorgenommen werden. Schnitte durch die Wunde werden
mit dem Kollagen-Färbemittel
Picrosirus Red gefärbt
und an einem konfokalen Mikroskop geprüft, um die Kollagendichte und
-Orientierung an der Wundstelle zu bestimmen.
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Ergebnisse
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1 Tag
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24
Stunden nach der Verwundung traten ausgeprägte Unterschiede zwischen den
mit Sense und mit Antisense behandelten Gliedmaßen auf. Die mit Sense behandelten
Wunden unterschieden sich nicht von unbehandelten Wunden, wobei
sich ein normales Spektrum von Heilungsgraden und -geschwindigkeiten
ergab (10). Die mit Antisense behandelten
Gliedmaßen
unterschieden sich deutlich von den Kontrollen. Sie erschienen weniger
entzündet
zu sein und die Heilungsgeschwindigkeit war im allgemeinen rascher.
-
Harzschnitte
von repräsentativen
Gliedmaßen,
die mit Nissl-Färbung
gefärbt
waren, ergaben signifikant weniger neutrophile Zellen, was ein Anzeichen
für ein
weniger entzündetes
Gewebe darstellt (11).
-
5 Tage
-
5
Tage nach der Verwundung fiel allmählich Schorf ab. In diesem
Stadium erschienen die meisten mit Antisense behandelten Wunden
kleiner als die mit Sense behandelten Wunden, wobei entweder der
Schorfbereich kleiner war oder die Narbenbildung weniger ausgeprägt war (12).
-
8 Tage
-
8
Tage nach der Verwundung trat an den Gliedmaßen Haarwuchs auf. Die mit
Sense behandelten Wunden waren noch sichtbar, wobei sie durch mangelnden
Haarwuchs um die Wundstelle abgegrenzt waren. Die mit Antisense
behandelten Wunden waren großenteils
unsichtbar und waren mit normalem Haarwuchs bedeckt. Dieser Unterschied
im Haarwuchs stellt ein Anzeichen dafür dar, dass bei den mit Antisense
behandelten Wunden eine geringere Narbenbildung eingetreten war
(13).
-
Schlussfolgerungen
-
Die
Anwendung von Connexin 43-Antisense-ODNs auf eine Wunde übt eine
ausgeprägte
Wirkung auf den Heilungsprozess aus. Der erste feststellbare Effekt
besteht in einer Verringerung der Entzündung der Wunden, was in Schnitten
erkennbar ist, die eine wesentlich geringere Entzündungsreaktion,
bezogen auf die Konzentrationen an Neutrophilen, zeigten. Mit fortschreitender
Heilung heilen die mit Antisense behandelten Wunden rascher und
unter geringerer Narbenbildung, verglichen mit den Kontrollläsionen.
-
Diese
Verringerung der entzündlichen
Reaktion und die anschließende
verbesserte Heilung ist möglicherweise
auf eine verringerte Neutrophilen-Kommunikation und auf eine Beschleunigung
der natürlichen Heilungsvorgänge zurückzuführen. Die
Antisense-ODNs können
die Connexin-Expression
innerhalb von 4 bis 8 Stunden verringern, so dass sie keinen Einfluss
auf die anfängliche
Signalgebung der Verwundung ausüben, jedoch
eine Rolle bei sekundären
Signalgebungsereignissen spielen. Die Feststellung ist interessant,
dass Neutrophile, die in Reaktion auf die Verwundung eindringen,
normalerweise große
Mengen an Connexin 43 exprimieren. Ferner ist es möglich, dass
sie Spaltenverbindungen mit anderen Zellen in der Wunde bilden und mit
diesen kommunizieren. Eine Verringerung dieser Form von Kommunikation
kann zu einer Verringerung von aus den Neutrophilen sezernierten
Faktoren führen
und kann den Zelltod in der Wunde sowie die Granulation und Hyperinnervation
verringern. Ferner ist es bekannt, dass unter normalen Bedingungen
die Konzentrationen an Connexinprotein (Connexine 26, 31.1 und 43)
sowohl in epithelialen als auch in subdermalen Schichten von Wunden
verringert werden, wobei der Vorgang innerhalb von 6 Stunden einsetzt
und bis zu 6 Tage verringert bleibt. Die Antisense-Behandlung kann
diese anfängliche
Proteinverringerung durch Blockierung translationaler Prozesse beschleunigen,
da es zu einer Proteinentfernung aus der Membran kommt. Sicher haben
die Effekte des Connexin 43-Abbaus unmittelbar im Anschluss an die
Verwundung einen ausgeprägten
Einfluss auf die Verringerung der Entzündungsgrade und die Erhöhung der
Heilungsgeschwindigkeiten.
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Experiment 5
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Einleitung
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Die
Entzündung
und der sekundäre
Zelltod, die sich an eine Verbrennung anschließen, stellen ein großes Problem
dar. Opfer von schweren Verbrennungen, die sich über einen hohen prozentualen
Anteil ihres Körpers
erstrecken, sterben häufig
1 oder 2 Tage nach dem Trauma. Dieses Experiment untersucht die
Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Formulierungen,
den Erholungsvorgang nach Verbrennungen günstig zu beeinflussen.
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Materialien
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Oligodesoxynucleotide
mit den folgenden Sequenzen wurden hergestellt:
GTA ATT GCG
GCA GGA GGA ATT GTT TCT GTC (Connexin 43)
GAC AGA AAC AAT TCC
TCC TGC CGC AAT TAC (Sense-Kontrolle)
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Methoden
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Reproduzierbare
Verbrennungen werden an befeuchteter Haut vorgenommen. Pluronic-Gel
mit einem Gehalt an Antisense-ODNs wird subdermal in die Verbrennung
injiziert. Eine Reihe von Verbrennungen wird unter Verwendung eines
Lötkolbens
an der linken und rechten Seite des Schädels von 6 neugeborenen Mäusen erzeugt.
Die Verbrennungen auf einer Kopfseite wurden mit Connexin 43-spezifischem
ODN in Pluronic-Gel und die auf der anderen Seite mit Sense-Kontroll-ODN
in Pluronic-Gel behandelt.
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Ergebnisse
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Nach
24 Stunden zeigten sämtliche
mit Connexin 43-ODN behandelten Verbrennungen geringere Entzündungsgrade,
verglichen mit den Kontrollverbrennungen. Diese Unterschiede waren
deutlich (Daten nicht aufgeführt).
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Verwertbarkeit
-
Somit
werden erfindungsgemäß Formulierungen
bereitgestellt, mit denen die Zell-Zell-Kommunikation in vorübergehender
und ortsspezifischer Weise herunterreguliert werden kann. Die Formulierungen
sind daher bei therapeutischen Verfahren und bei kosmetischen Anwendungen
einsetzbar.
-
Die
Abgabe der ODN-Komponente der Formulierung über eine verlängerte Zeitspanne
(24 Stunden oder länger)
stellt einen besonderen Vorteil bei der Behandlung von neuronalen
Schädigungen
dar. Der Grund hierfür
ist, dass sich in den meisten Fällen
einer direkten, physischen, neuronalen Schädigung der neuronale Zellverlust
deutlich über
die Stelle der tatsächlichen
Schädigung
auf die umgebenden Zellen ausbreitet. Dieser sekundäre neuronale
Zellverlust erfolgt innerhalb von 24 Stunden nach der ursprünglichen
Verletzung und wird durch eine Zell-Zell-Kommunikation über Verbindungsspalten
vermittelt. Die Herunterregulierung der Expression von Connexinprotein
führt daher
zu einer Blockierung oder zumindest zu einer Herunterregulierung
der Kommunikation zwischen den Zellen und schränkt die sekundäre neuronale
Zellschädigung
auf ein Minimum ein.
-
Gleichermaßen haben
sich die erfindungsgemäßen Formulierungen
in Fällen
anderer Gewebeschädigungen
(insbesondere bei Wunden) als wirksam in Bezug auf eine Förderung
des Wundheilungsvorgangs, eine Verringerung der Entzündung und
eine Minimierung der Narbenbildung erwiesen. Die Formulierungen
erweisen sich somit als sehr wertvoll bei der Behandlung von Wunden,
unabhängig
davon, ob diese das Ergebnis eines äußeren Traumas (einschließlich Verbrennungen)
oder eines chirurgischen Eingriffs sind.
-
Ferner
ist es ersichtlich, dass die vorstehende Beschreibung nur beispielhaften
Charakter hat und dass Modifikationen sowohl in Bezug auf die spezifischen
ODNs als auch auf die pharmazeutisch verträglichen Träger oder Vehikel vorgenommen
werden können,
ohne dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen
wird.
-
-
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