HIGHCHEM hautnah - Aktuelles aus der Analytischen Chemie ©

„Die Bestimmung von Immunsuppressiva mittels LC-MS als Beispiel für das Therapeutische Drug Monitoring (TDM)“Arbeitsgruppe des Autors

Nicole Jachmann und Kai Bruns

I. Einleitung

Eines der bedeutendsten Ereignisse in der Geschichte der Organtransplantation war die erste gelungene Verpflanzung eines menschlichen Herzens durch den Chirurgen Christiaan Barnard im Dezember 1967. Erste Versuche, Organe des Menschen zu ersetzen, gab es jedoch schon weit früher.
Im 17. Jahrhundert wurde erstmals versucht, krankes Gewebe - in diesem Falle Haut - beim Menschen zu transplantieren. Anfang des 19. Jahrhunderts führte der Österreicher Emerich Ullmann erstmalig eine Nierentransplantation bei einem Hund durch. Ungefähr zur selben Zeit versuchte Alexis Carrel nicht nur Nieren, sondern auch Hundebeine zu verpflanzen. Er bemerkte als einer der ersten, dass die Organverpflanzung innerhalb eines Individuums funktionierte (Autotransplantation), die Übertragung eines Organs von einem Individuum auf ein anderes fehlschlug (Allotransplantation).

Abbildung 1: Abstoßungsreaktion bei einer Hauttransplantation.

In den USA wurden in den 50er Jahren mehrere menschliche Nieren verpflanzt, die aufgrund der Immunabwehr des Empfängers abgestoßen wurden und deshalb nur wenige Tage funktionierten. 1954 gelang schließlich die erste erfolgreiche Nierentransplantation in Boston. Die Chirurgen entnahmen das Organ dem eineiigen Zwilling des Patienten. So war eine größtmögliche Ähnlichkeit des Gewebes gegeben, denn eineiige Zwillinge haben die gleichen Gene, deshalb spricht man auch vom gleichen Haplotyp. Der Patient überlebte mit der neuen Niere acht Jahre. Er verstarb an einem Herzinfarkt.
Heute gehören Verpflanzungen von Niere, Leber, Herz und Bauchspeicheldrüse zur Routine der Transplantationschirurgie. Voraussetzung dafür war neben der Entwicklung der Operationstechniken vor allem die pharmakologische Unterdrückung der Abstoßungsreaktion mit modernen Immunsuppressiva.

II. Immunsuppressiva

Die Entwicklung von Arzneimitteln zur spezifischen Unterdrückung begann in den 60er-Jahren in den USA. Bereits vor 1960 wurden Kortikosteroide und Azathioprin bei transplantierten Patienten eingesetzt. Ein Durchbruch gelang den Forschern Ende der 70er-Jahre mit dem sehr spezifisch immunsuppressiv wirkenden Inhaltstoff eines Pilzes - dem Cyclosporin (Sandimmun®). Cyclosporin wurde Anfang der 80er-Jahre auch in Deutschland zugelassen. In den darauf folgenden Jahren wurden weitere Medikamente wie Tacrolimus (FK 506, Prograf®) und Sirolimus (Rapamycin®) zugelassen. Tacrolimus wird wie Cyclosporin aus einer Pilzart gewonnen, Sirolimus hingegen wird von Bakterien produziert. Die entsprechenden Mikroorganismen produzieren diese Substanzen zu ihrem eigenen Schutz. Der Aufbau der drei Substanzen ist sehr ähnlich. Chemisch gehören sie zur Gruppe der macroliden Lactone.

Abbildung 2: Strukturformeln von Sirolimus und Tacrolimus.

Das größte Problem dieser Medikamente ist ihre Dosierung. Dosiert man die Medikamente zu niedrig, steigt das Risiko unerwünschter Abstoßungsreaktionen des Spenderorgans stark an. Ist das Medikament zu hoch dosiert, kommt es zu unerwünschten Nebenwirkungen. Das Immunsystem wird so stark unterdrückt, dass der Patient durch banale Infektionen lebensbedrohlich erkranken kann. Außerdem sind Immunsuppressiva in unterschiedlichem Maß toxisch für verschiedene Organe, wie Niere oder Leber. Aus diesem Grunde überwacht man die Medikamentenspiegel im Blut sehr genau. Dieses Vorgehen nennt man "Therapeutisches Drug Monitoring" (TDM). Es wird vor allem angewandt bei Medikamenten, die eine geringe therapeutische Breite haben.

III. Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) bei Immunsuppressiva

Immunsuppressiva können mit den verschiedensten analytischen Methoden quantitativ bestimmt werden. Eine häufig angewandte Methode ist die Bestimmung mit immunologischen Testverfahren. Für diese Tests werden Antikörper benötigt, die das Medikament als Antigen binden. Ein großes Problem dieser Antikörper ist, dass sie beispielsweise mit nicht-wirksamen Metaboliten des Medikamentes kreuzreagieren und so die Konzentration des Medikamentes höher gemessen wird als eigentlich in der Probe vorhanden. Ursache hierfür ist, dass die Antikörper nicht gegen das gesamte zu bestimmende Molekül gerichtet sind, sondern nur gegen eine oder mehrere chemische Gruppen. Diese Gruppen können auch andere Moleküle aufweisen, insbesondere die Metaboliten des zu bestimmenden Medikamentes. Ein weiteres Problem dieser Methoden sind die Kosten. Die herzustellenden monoklonalen Antikörper, die aus Mäusen gewonnen werden, sind entsprechend teuer. Zudem kommen die Kosten für eine langwierige Testentwicklung.

Abbildung 3: Flüssigchromatographische Bestimmung mit anschließender massenspektrometrischer Detektion.

Aus diesem Grunde gewinnen zunehmend andere analytische Methoden an Bedeutung. Eine weitere Methode ist die Bestimmung mittels flüssigchromatographischer Trennung und anschließender massenspektrometrischer Detektion, die sogenannte LC-MS-Methode. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass anhand des Molekulargewichts nur das zu bestimmende Medikament gemessen wird. Metaboliten, die ein anderes Molekulargewicht besitzen interferieren anders als bei immunologischen Verfahren nicht. Es wird also nicht wie bei immunologischen Methoden zu hoch gemessen aufgrund von Kreuzreaktivitäten. Ein weiterer Vorteil der LC-MS-Bestimmung ist, dass mehrere Analyten simultan bestimmt werden können, so dass Zeit und Kosten gespart werden können.

IV. Perspektive der LC-MS-Methode

Die LC-MS-Methode wird zukünftig die Methode der Wahl beim TDM sein, da mit ihr schnell und zuverlässig Methoden für neue Medikamente entwickelt werden können. Die Bestimmung der Immunsuppressiva ist hier nur der erste Schritt in diese Richtung.

Abbildung 4: Massenspektrum von Sirolimus.


Kontakt:
  • Dr. Nicole Jachmann
    Dr. Kai Bruns

    Johannes Gutenberg Universität Mainz
    Institut für Klinische Chemie
    und Laboratoriumsmedizin Geb. 208
    Langenbeckstr. 1
    55131 Mainz
    Tel.: +49 (0)6131 17-2632
    Fax: +49 (0)6131 17-6627
    E-Mail: jachmann@zentrallabor.klinik.uni-mainz.de