Auswirkungen des Antiarrhythmikums AVE 0118 auf Kaliumströme im Vorhof des menschlichen Herzens

Abstract

Vorhofflimmern ist die häufigste supraventrikuläre Tachyarrhythmie beim Menschen und besitzt eine sehr große klinische und auch wirtschaftliche Bedeutung. Obwohl in den vergangenen Jahren eine Vielzahl nicht pharmakologischer Therapieansätze entwickelt worden sind, ist die medikamentöse Therapie immer noch die Option erster Wahl für die Mehrzahl der betroffenen Patienten. Die gegenwärtige pharmakologische Therapie ist durch eine niedrige Effizienz und ein beträchtliches proarrhythmisches Potential der verwendeten Substanzen gekennzeichnet. Diese unerwünschten Herzrhythmusstörungen, zum Beispiel Torsade de pointes Arrhythmien für die Klasse III Antiarrhythmika, werden vorwiegend durch Wirkung der Substanzen auf ventrikulärer Ebene verursacht. Der ultraschnelle Auswärtsgleichrichter Kaliumstrom IKur beziehungsweise dessen molekulare Grundlage, der Kaliumkanal Kv1.5 und die Untereinheit Kvß1.2, sind ein interessanter Angriffspunkt für neue Substanzen zur Behandlung von Vorhofflimmern und anderen supraventrikulären Arrhythmien. IKur scheint beim Menschen nur im Vorhof zu existieren, deshalb sollte eine Blockade dieses Stroms die Repolarisation nur auf atrialer Ebene verlängern. In CHO Zellen, in denen Kv1.5 exprimiert wurde, zeigte sich die neue antiarrhythmische Substanz AVE 0118 als potenter Inhibitor dieses Kanals. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung auf die Kaliumkanäle IKur, Ito,1 und IK1 in nativen menschlichen atrialen Myozyten untersucht. Die Myozyten wurden von Patienten gewonnen, die sich einer Operation mit extrakorporaler Zirkulation unterzogen hatten. Die Experimente wurden bei Raumtemperatur mit Hilfe der Patch Clamp Technik (Ganzzellkonfiguration) durchgeführt. AVE 0118 zeigte sich als potenter Inhibitor von Kv1.5 mit einer IC50 von 37 (5;270) nmol/l (Testspannung +40 mV) bei einer extrapolierten maximal möglichen Hemmung von 82+/-9 %. Der Hillfaktor dieser Konzentrations-/Wirkungskurve lag mit 0,31+/-0,06 sehr niedrig. Die Blockade ist nicht spannungsabhängig.Die Hemmung scheint irreversibel zu sein, selbst lange Auswaschzeiten konnten die Blockade des Kanals nicht aufheben. Der Ito,1 peak current wird im Vergleich dazu eher wenig gehemmt. Unter der modellhaften Annahme eines Hill-Koeffizienten von 1 konnte für den Block des Ito,1 peak current eine IC50 von 90 (27;269) nmol/l bei einer kalkulierten maximalen Hemmbarkeit von 27 +/- 3 % berechnet werden. Dahingegen verringert sich der totale Kaliumflux durch Ito,1 während eines Testpulses aufgrund einer konzentrationsabhängigen stärkeren zeitabhängigen Abnahme der Stromamplitude (Abnahme der Inaktivierungzeitkonstante ) erheblich. So ändert sich beispielsweise die Inaktivierungszeitkonstante bei einer Konzentration von 10 mikromol/l AVE 0118 auf den Wert von 36 +/- 6 % des Ausgangswertes, was zu einer Verringerung des Ladungsflußes durch Ito,1 um 73 +/- 3 % führt. Ebenfalls unter der Annahme eines Hill-Koeffizienten von 1 bei der Konzentrations-/Wirkungkurve der Änderung der Zeitkonstanten Tau konnte eine EC50 von 200 (87;347) nmol/l bei einer theoretischen maximalen Hemmbarkeit von 73 +/- 5 % für die Beschleunigung der Inaktivierungszeitkonstante Tau berechnet werden. Bei der Untersuchung der Reduzierung des Nettoladungsflusses durch Ito,1 war bei der höchsten getesteten Konzentration schon eine Sättigung des Blockes erreicht, hier konnte die IC50 mit 300 (100;1000) nmol/l direkt kalkuliert werden. Die stärkere zeitabhängige Abnahme der Stromamplitude und das zeitabhängige Einsetzen der Ito,1 Blockade (Aktivierungszeitkonstante Tau bei 10mikromol/l AVE 0118 mit 7,40 +/- 0,60 ms im selben Bereich wie die Inaktivierungszeitkonstante Tau bei dieser Konzentration [11,89 +/- 2,15 ms]) geben Hinweise auf einen open channel block als möglichen Mechanismus. Die Wirkung von AVE 0118 auf IK1 war gering, so wurde der Strom bei einem Testpotential von -90 mV durch 10mikromol/l AVE 0118 nur um 11 +/- 3 Prozent gehemmt. Sowohl die Ito,1- als auch die IK1-Blockade war durch genügend lange Auswaschzeiten reversibel. Zusammenfassend ist AVE 0118 als eine antiarrhythmische Substanz mit neuartigem Wirkungsmechanismus anzusehen. Substanzen mit überwiegender Wirkung auf IKur und damit einer Verzögerung der Repolarisation überwiegend oder selektiv auf Vorhofebene stellen deshalb vielversprechende Alternativen zu den derzeit verwendeten Antiarrhythmika dar.

Atrial fibrillation is the most frequent supraventricular tachyarrhythmia which has an enormous clinical and economical implication. Although a variety of non-pharmacological approaches were developed in the past years, the pharmacological is still the major option for the majority of patients. Currently available drugs are limited by a low efficiency and by a considerable proarrhythmic potential for some drugs. These arrhythmias, for example torsade-de-pointes for class III drugs, are mainly due to the ventricular effect of these substances. The ultrarapid delayed rectifier potassium current Ikur respectively its underlying channel hKv1.5 are an interesting target for the treatment of AF and other SVT. Ikur has been detected in human atrium only, therefore a blockade of the current should delay repolarization only on the atrial level. In CHO cells which express the Kv1.5 channel, AVE 0118 is a potent inhibitor of this channel. Here, the effect of AVE 0118 on the potassium currents Ikur, Ito,1 and IK1 was examined in native human atrial myocytes. Myocytes were taken from patients undergoing cardiac surgery with extracorporal circulation. It could be demonstrated that AVE 0118 is a potent inhibitor of Kv1.5 with a IC50 of 37 (5;270) nmol/l at a voltage of +40mV and a extrapolated maximal inhibition of 82+/-9 %. The Hill-factor of the corresponding dose/response relationship was relatively small (0,31+/-0,06). The effect is not voltage dependent and the blockade seems to be irreversible, even long washouts could not undo the blockade of Kv1.5 Compared with Kv1.5, the Ito,1 peak current is only slighty reduced. Using a mathematical model with a fixed Hill factor of n=1, a IC50 of 90 (27;269) nmol/l could be calculated (extrapolated maximal inhibition 27 +/- 3 %). But the total flow of potassium through the channel during a test-pulse is remarkably reduced due to a concentration-dependent faster reduction of the time-dependent amplitude of the current (reduction of the inactivation time constant). For example at 10 mikromol/l AVE 0118, the inactivation time constant tau is reduced to 36 +/- 6 % of its value before applying the substance. That results in a 73 +/- 3 % reduction of the total potassium flow through Ito1. By also using a mathematical model with a fixed Hill factor (n=1), a EC50 for the concentration dependent change of the inactivation time constant of 200 (87;347) nmol/l could be calculated. The highest concentration of AVE 0118 used during the experiments about the total potassium flow through Ito1 already led to a saturated blockade, so the IC50 for this 300 (100;1000) nmol/l) could be calculated without any mathematical models. The relatively higher time-dependent reduction of the current amplitude and the time-dependent onset of the Ito-blockade (activation time constant at 10mikromol AVE 0118 [7,40 +/- 0,60 ms] is in the same range as the inactivation time constant [11,89 +/- 2,15 ms] ) are hints for a open channel blockade as possible blocking mechanism. There was only a little effect of AVE 0118 on Ikur, current was reduced only 11 +/- 3 percent at a concentration of 10mikromol/l and a test-potential of -90 mV. The Ito- as well as the Ik1-blockade was reversible by a long washout. As a conclusion, AVE 0118 is a antiarrhythmic substance with a new mechanism of drug action. Drugs with a attenuated effect on Ikur and, as a consequence, a, compared to the ventricle, stronger delay of the repolarization on the atrial level are therefore a new and interesting tool for the treatment of AF.