Renale Nebenwirkungen von Medikamenten bei Rhabdomyolyse: Neuartiges Gerät könnte die Früherkennung verbessern

Wissenschaftler aus Südkorea haben ein neuartiges Gerät entwickelt, welches die Untersuchung der Arzneimitteltoxizität und der Gewebeinteraktionen bei durch Rhabdomyolyse bedingter akuter Nierenfunktionseinschränkung verbessern könnte.

Die Rhabdomyolyse, der Abbau von Muskel- und Skelettgewebe, kann zu lebensbedrohlichen Komplikationen wie der durch Rhabdomyolyse bedingten akuten Nierenfunktionseinschränkung (RI-AKI) führen, wobei medikamenteninduzierte Fälle am häufigsten vorkommen. Bisher war es jedoch schwierig, die Wechselwirkungen zwischen Muskel- und Nierenschäden im menschlichen Körper direkt zu beobachten. Das schreiben Forscher des Korea Advanced Institute of Science and Technology (Südkorea).

Sie entwickelten daher ein biomikrofluidisches System, dass im Labor den Prozess nachbilden kann, durch den medikamenteninduzierte Muskelschäden zu Nierenschäden führen. Die neuen Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht.

Muskel- und Nierengewebe separat kultiviert

Die Wissenschaftler verwendeten eine modulare (Assemblierungs-)Organ-auf-einem-Chip-Plattform verwendet, die es ermöglicht, Muskel- und Nierengewebe sowohl zu verbinden als auch zu trennen. Um Bedingungen nachzubilden, die denen im menschlichen Körper ähneln, entwickelte das Forschungsteam eine Struktur, die dreidimensional konstruiertes Muskelgewebe mit proximalen Tubulus-Epithelzellen auf einem einzigen kleinen Chip verbindet.

Das System ist ein modularer mikrofluidischer Chip, der es ermöglicht, Organgewebe je nach Bedarf zu verbinden oder zu trennen. Zellen und Gewebe werden auf einem kleinen Chip ähnlich wie in echten menschlichen Organen kultiviert und sind so konzipiert, dass sie miteinander interagieren.

In diesem Gerät können Muskel- und Nierengewebe unter ihren jeweiligen optimalen Bedingungen separat kultiviert und erst zum Zeitpunkt des Experiments miteinander verbunden werden, um Wechselwirkungen zwischen den Organen zu induzieren. Nach dem Experiment können die beiden Gewebe wieder getrennt werden, um Veränderungen in jedem Organ unabhängig zu analysieren. Ein wesentliches Merkmal des Systems ist die Möglichkeit, die Auswirkungen von aus geschädigtem Muskelgewebe freigesetzten toxischen Substanzen auf das Nierengewebe quantitativ zu bewerten.

Beobachtung der Progression

Mithilfe dieser Plattform setzten die Forscher die Wirkstoffe Atorvastatin und Fenofibrat ein, von denen beide klinisch bekannt sei, dass sie Muskelschäden hervorrufen. Infolgedessen wies das Muskelgewebe auf dem Chip eine reduzierte Kontraktionskraft und strukturelle Störungen auf, begleitet von erhöhten Konzentrationen von Biomarkern, die auf Muskelschäden hinweisen – wie Myoglobin und Kreatinkinase-MM –, welche charakteristische Veränderungen bei Rhabdomyolyse darstellen. Wobei Atorvastatin eine höhere Toxizität als Fenofibrat aufwies.

Gleichzeitig zeigte das Nierengewebe eine Abnahme lebensfähiger Zellen und eine Zunahme des Zelltods, begleitet von einem signifikanten Anstieg der Expression der Proteine NGAL und KIM-1 – beides Biomarker, die bei akuter Nierenfunktionseinschränkung erhöht sind. Die Forscher konnten sogar die schrittweise Kaskade beobachten, in der toxische Substanzen, die aus geschädigtem Muskelgewebe freigesetzt wurden, die Nierenschädigung zunehmend verschlimmerten.

Verbesserung therapeutischer Strategien möglich

Das neuartige Gerät kann laut den Forschern somit zur Untersuchung der Arzneimitteltoxizität und Gewebeinteraktionen dienen. Außerdem trage es zur Weiterentwicklung des präklinischen Wirkstoffscreenings und therapeutischer Strategien für Rhabdomyolyse und akute Nierenfunktionseinschränkung bei.

Studienleiter Prof. Seongyun Jeon erklärt mit eigenen Worten: „Diese Studie legt den Grundstein für die Analyse der Wechselwirkungen und toxischen Reaktionen zwischen Muskeln und Nieren, die den menschlichen Körper sehr gut nachbilden.“ Er fügt hinzu: „Wir erwarten, dass diese Plattform die frühzeitige Vorhersage von Arzneimittelnebenwirkungen, die Identifizierung der Ursachen von akuter Nierenfunktionseinschränkung und die Weiterentwicklung hin zu einer personalisierten Arzneimittelsicherheitsbewertung ermöglicht.“

(ri/BIERMANN)