Multikinase-Inhibitoren als therapeutischer Ansatz bei neovaskulärer AMD: In-vitro-Evaluation der Sicherheit von Axitinib, Pazopanib und Sorafenib zur intraokularen Anwendung

 

 Buy Article Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Fragestellung: Multikinase-Inhibitoren (MKI) greifen an verschiedenen Stellen der Neovaskularisationskaskade wirkungsvoll an. Erste klinische und experimentelle Daten deuten darauf hin, dass MKIs einen vielversprechenden, neuartigen Ansatz in der Therapie der neovaskulären altersbedingten Makuladegeneration (AMD) darstellen, bisher ist jedoch wenig über die Biokompatibilität von MKIs in Bezug auf humane okuläre Zellen bekannt. Diese In-vitro-Studie untersucht und vergleicht die Biokompatibilität der MKIs Axitinib, Pazopanib und Sorafenib an okulären Zellen des vorderen und hinteren Augenabschnitts, sowie an organkultivierten Spenderhornhäuten.

Methodik: Primäre humane Astrozyten aus dem Sehnervenkopf (ONHA), Trabekelmaschenwerkzellen (TMC) und retinale Pigmentepithelzellen (RPE), sowie humane korneale Endothel- und Linsenepithelzellen (CEC und LEC) wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von Axitinib, Pazopanib und Sorafenib (0,1–100 µg/mL) behandelt. Zur Simulation von oxidativem Stress wurden die Zellen zusätzlich mit 400 µM Wasserstoffperoxid koinkubiert. Die Induktion von Zelltod (Live-Dead-Assay), sowie die zelluläre Vitalität wurden mittels Live-Dead- und Tetrazolium-Farb-Reduktions-Assay (MTT) untersucht. Außerdem wurde der Einfluss der 3 Testsubstanzen auf das humane Hornhautendothel an seropositiven Spenderhornhäuten in Organkultur mittels Phasenkontrastmikroskopie evaluiert.

Ergebnisse: Bis zu einer Konzentration von 7,5 µg/mL zeigten sich bei keiner der untersuchten Substanzen und an keinem der untersuchten Zelltypen toxische Effekte. Auch nach 10 Tagen Inkubation der organkultivierten Spenderhornhäute mit 7,5 µg/mL Axitinib, Pazopanib oder Sorafenib ergab sich kein Hinweis auf endotheliale Toxizität.

Schlussfolgerung: Alle 3 untersuchten Substanzen, Axitinib, Pazopanib und Sorafenib, zeigten an den untersuchten okulären Zellen eine gute Biokompatibilität. Auch unter den Bedingungen von oxidativem Stress kam es bis zu einer Konzentration von 7,5 µg/mL zu keinerlei toxischen Effekten. Erst bei höheren Konzentrationen kam es zu einer dosisabhängigen Abnahme der zellulären Vitalität und zur Induktion von Zelltod. Diese Effekte waren bei Pazopanib, gefolgt von Sorafenib, stärker ausgeprägt als bei Axitinib.

Abstract

Background: Multikinase inhibitors (MKI) interfere effectively at different levels of the neovascularisation cascade. Early clinical and experimental data suggest that MKIs represent a promising novel approach for the treatment of neovascular age-related macular degeneration (AMD). However, so far little is known about the biocompatibility of MKIs regarding human ocular cells. This in vitro study investigates and compares the biocompatibility of three MKIs, axitinib, pazopanib, and sorafenib regarding ocular cells of the anterior and posterior segments, as well as organ-cultured donor corneas.

Methods: Primary human optic nerve head astrocytes (ONHA), trabecular meshwork cells (TMC), and retinal pigment epithelium (RPE), human corneal endothelial and lens epithelial cells (CEC and LEC) were treated with different concentrations of axitinib, pazopanib, or sorafenib (0.1 to 100 µg/mL). To simulate oxidative stress, the cells were additionally co-incubated with 400 µM hydrogen peroxide. Induction of cell death and cellular viability were examined by live-dead assay and tetrazolium dye reduction assay (MTT). In addition, the influence of the three substances on human corneal endothelium was evaluated in seropositive donor corneas in organ culture by phase contrast microscopy.

Results: Up to a concentration of 7.5 mg/mL of the substances tested in any cell type examined, no toxic effects were found. Even after 10 days of incubation of organ-cultured donor corneas with 7.5 µg/mL, axitinib, pazopanib, or sorafenib, no evidence for endothelial toxicity was found.

Conclusion: All three MKIs tested, axitinib, pazopanib, and sorafenib showed a good biocompatibility on the investigated ocular cells. Even under conditions of oxidative stress, there were no toxic effects up to a concentration of 7.5 µg/mL. Only at higher concentrations, there was a dose-dependent decrease in cellular viability and pronounced induction of cell death. These effects on cellular viability and induction of cell death appeared to be stronger with pazopanib, followed by sorafenib, than with axitinib.

• Literatur

• 1 Algvere PV, Seregard S. Age-related maculopathy: pathogenetic features and new treatment modalities. Acta Ophthalmol Scand 2002; 80: 136-143
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Fine SL, Berger JW, Maguire MG et al. Age-related macular degeneration. N Engl J Med 2000; 342: 483-492
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 3 Aiello LP. Targeting intraocular neovascularization and edema–one drop at a time. N Engl J Med 2008; 359: 967-969
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Regillo CD, Brown DM, Abraham P et al. Randomized, double-masked, sham-controlled trial of ranibizumab for neovascular age-related macular degeneration: PIER Study year 1. Am J Ophthalmol 2008; 145: 239-248
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 5 Rosenfeld PJ, Brown DM, Heier JS et al. Ranibizumab for neovascular age-related macular degeneration. N Engl J Med 2006; 355: 1419-1431
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 6 Rosenfeld PJ, Fung AE, Puliafito CA. Optical coherence tomography findings after an intravitreal injection of bevacizumab (avastin) for macular edema from central retinal vein occlusion. Ophthalmic Surg Lasers Imaging 2005; 36: 336-339
  PubMedGoogle Scholar
• 7 Gragoudas ES, Adamis AP, Cunningham jr. ET et al. Pegaptanib for neovascular age-related macular degeneration. N Engl J Med 2004; 351: 2805-2816
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 8 Bukowski RM. Pazopanib: a multikinase inhibitor with activity in advanced renal cell carcinoma. Expert Rev Anticancer Ther 2010; 10: 635-645
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 9 Wilhelm SM, Adnane L, Newell P et al. Preclinical overview of sorafenib, a multikinase inhibitor that targets both Raf and VEGF and PDGF receptor tyrosine kinase signaling. Mol Cancer Ther 2008; 7: 3129-3140
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 10 Diago T, Pulido JS, Molina JR et al. Ranibizumab combined with low-dose sorafenib for exudative age-related macular degeneration. Mayo Clin Proc 2008; 83: 231-234
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Kernt M, Staehler M, Stief C et al. Resolution of macular oedema in occult choroidal neovascularization under oral Sorafenib treatment. Acta Ophthalmol 2008; 86: 456-458
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 12 Kernt M, Liegl RG, Rueping J et al. Sorafenib protects human optic nerve head astrocytes from light-induced overexpression of vascular endothelial growth factor, platelet-derived growth factor, and placenta growth factor. Growth Factors 2010; 28: 211-220
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 13 Kernt M, Neubauer AS, Liegl RG et al. Sorafenib prevents human retinal pigment epithelium cells from light-induced overexpression of VEGF, PDGF and PlGF. Br J Ophthalmol 2010; 94: 1533-1539
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Kernt M, Thiele S, Hirneiss C et al. [Cytoprotective and antiangiogenic effects of the multikinase inhibitor sorafenib on human retinal pigmentepithelium.]. Ophthalmologe 2011; 108: 445-451
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 15 Kernt M, Thiele S, Liegl RG et al. Axitinib modulates hypoxia-induced blood-retina barrier permeability and expression of growth factors. Growth Factors 2012; 30: 49-61
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 16 Kernt M, Neubauer AS, De Kaspar HM et al. Intravitreal voriconazole: in vitro safety-profile for fungal endophthalmitis. Retina 2009; 29: 362-370
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 17 Kernt M, Neubauer AS, Ulbig MW et al. In vitro safety of intravitreal moxifloxacin for endophthalmitis treatment. J Cataract Refract Surg 2008; 34: 480-488
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 18 Freyberger H, Brocker M, Yakut H et al. Increased levels of platelet-derived growth factor in vitreous fluid of patients with proliferative diabetic retinopathy. Exp Clin Endocrinol Diabetes 2000; 108: 106-109
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 19 Grisanti S, Tatar O. The role of vascular endothelial growth factor and other endogenous interplayers in age-related macular degeneration. Prog Retin Eye Res 2008; 27: 372-390
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 Liu L, Cao Y, Chen C et al. Sorafenib blocks the RAF/MEK/ERK pathway, inhibits tumor angiogenesis, and induces tumor cell apoptosis in hepatocellular carcinoma model PLC/PRF/5. Cancer Res 2006; 66: 11851-11858
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 21 Takahashi H, Tamaki Y, Ishii N et al. Identification of a novel vascular endothelial growth factor receptor 2 inhibitor and its effect for choroidal neovascularization in vivo. Curr Eye Res 2008; 33: 1002-1010
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 22 Takahashi K, Saishin Y, Saishin Y et al. Suppression and regression of choroidal neovascularization by the multitargeted kinase inhibitor pazopanib. Arch Ophthalmol 2009; 127: 494-499
  CrossrefPubMedGoogle Scholar