Zur Förderung der Entwicklung neuer Therapien für die autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung bieten wir eine nierenspezifisches PKD1-Knockout-ADPKD-Mausmodell an. Der altersabhängige Charakter der Zystenbildung ermöglicht eine individuelle Anpassung des Modells, wodurch Forscher den am besten geeignetsten Untersuchungsdesign Studienaufbau auswählen können, das am besten Pipeline zur Arzneimittelentwicklung. 

Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD)  

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is the most common single-gene disorder and the most prevalent (4 to 10:10 000) progressive kidney disorder. The kidneys of ADPKD patients are affected by fluid-filled cyst formation and growth, ultimately resulting in kidney failure. However, the disease course of ADPKD patients tends to be highly variable with the age of onset ranging from early childhood to>80 years. Reports show that 50% of the patient population develops end-stage kidney failure by the time they reach 60 years of age (Bergmann et al., 2018).  

Derzeit ist Tolvaptan der Goldstandard und das einzige zugelassene Medikament zur Behandlung von ADPKD. Tolvaptan verursacht jedoch schwerwiegende Nebenwirkungen und ist für eine Langzeitbehandlung nicht geeignet. Dies beschränkt die Behandlung von ADPKD auf Strategien zum Krankheitsmanagement und unterstreicht den Bedarf an neuartigen Medikamenten, die gezielt auf die Zystogenese einwirken und das weitere Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen und/oder aufhalten könnten. Um diesem derzeit ungedeckten medizinischen Bedarf gerecht zu werden, müssen neuartige Interventionen sowohl kosteneffizient als auch zeitnah getestet werden, was gut charakterisierte, translationale Tiermodelle für ADPKD.  

ADPKD Pathophysiology and Relevant Targets  

Die wichtigsten Gene, bei denen bei ADPKD-Patienten Mutationen auftreten, sind PKD1 oder PKD2; 85 % der Patienten sind Träger der PKD1 Genmutation. Zur Erklärung des fokalen Charakters der Zystenbildung wurde eine Zwei-Treffer-Hypothese aufgestellt, wonach eine Keimbahnmutation (erster Treffer) in einem der beiden Allele zusammen mit einer somatischen Mutation, die das zweite Allel ausschaltet (zweiter Treffer), zu nicht-funktionsfähigen Polycystin (PC)-Proteinen führt. Obwohl andere Gene mechanistische Einblicke in die Pathophysiologie der Erkrankung geliefert haben, ist das PKD1 ist das im Zusammenhang mit ADPKD am intensivsten untersuchte Gen. Darüber hinaus interagiert das PKD1-Protein mit dem PKD2-Protein, das bei 15 % der ADPKD-Patienten mutiert ist (Bergmann et al., 2018). Daher sind Modelle, die das PKD1 Gen betreffen, stellen ein attraktives Werkzeug für Forscher dar, die an der Suche nach neuen Therapeutika gegen ADPKD beteiligt sind.  

Das Genprodukt von PKD1 ist PC1, das zusammen mit PC2, das vom PKD2 Gen kodiert wird. Mutationen im PKD1 Gen führen zu Veränderungen in der PC1-Expression, was mehrere intrazelluläre Signalwege stört, die unter anderem die Zellproliferation, die Flüssigkeitssekretion und die Zilienfunktion steuern (Abbildung 1). Die daraus resultierende Dysregulation der Zellproliferation und der Flüssigkeitssekretion in der Niere führt zur Zystenbildung (1). Das komplexe Netzwerk von Signalwegen, die in zystischen Nieren dysreguliert sind, bietet viele potenzielle Ansatzpunkte für therapeutische Interventionen (Abbildung 1).  

ABBILDUNG 1. ÜÜberblick über die Pathophysiologie der autosomal-dominanten polyzystischen Nierenerkrankung (ADPKD) und die wichtigsten Ansatzpunkte potenzieller Therapien. Polycystin-1 und Polycystin-2 (PC1 und PC2) werden an verschiedenen subzellulären Orten exprimiert (apikale und basolaterale Membranen) , wo sie an der Regulierung von 1. der Zellproliferation, 2. der Flüssigkeitssekretion, 3. der Zilienfunktion, 4. der Zell-Zell-Adhäsion und 5. der Zell-Matrix-Interaktionen (dargestellt als grüne Kästchen). Eine Funktionsstörungn PC1 und PC2 führt zu einer abnormalen Zilienfunktion und zu einer Abnahme der intrazellulären Kalziumkonzentration wwas zur Bildung von cAMP und zur mTOR- Aktivierung, was die Zellproliferation und die Zystenbildung beeinflusst. Der Wirkstoffkandidat zielt auf (rot Kästchen) umfassen mTOR-Inhibitoren (Everolimus, Rapamycin, Metformin, Curcumin), PC2-Agonisten, V2R-Antagonisten (tOlvaptan), Somatostatin-Analoga, miRNA-Inhibitoren, NRF2-Aktivatoren, HDAC- und CDK-Inhibitoren (Roscovitin), EGFR-Inhibitoren, CTFR-Modulatoren und TNF-alpha-Inhibitoren. Tolvaptan ist ein selektiver Arginin-V2R-Antagonist und senkt die cAMP-Spiegel in den Nieren. TNF-alpha-Hemmer wirken gegen Entzündungen und wirken sich positiv auf entzündungsfördernde Marker, die im Urin und in der Nierenzystenflüssigkeit von ADPKD-Patienten nachgewiesen werden. RNA-gerichtete Therapien wie miRNA-Hemmer, RNA-vermittelte Interferenz, Antisense-Oligonukleotide und nicht-kodierende RNAs, können eingesetzt werden, um die Expression von Ziel-mRNAs, die an ADPKD beteiligt sind, und damit deren Proteinprodukte zu regulieren. HDACs modulieren die Genexpression, indem sie Acetylgruppen von Histonen entfernen, und regulieren eine Vielzahl intrazellulärer Signalwege, indem sie auf Nicht-Histon-Proteine einwirken (z. B. Hemmung des Zellzyklusverlaufs, Herunterregulierung von cAMP…). CFTR moduliertoren wirken auf CFTR, der ein Chloridionenkanal ist und den transtubuläre Chloridsekretion in die Zysten. LSchließlich sind metabolische Ansätze sind ebenfalls ein vielversprechender Weg zur Behandlung von ADPKD, da ADPKD- Zysten einen gestörten Stoffwechsel mit einer hohen Glykolyserate und einer geringen Rate an mitochondrialer oxidativer.  

Umfassende präklinische Tests neuartiger ADPKD-Wirkstoffkandidaten unter Verwendung des ADPKD-Mausmodells von InnoSer, das als Goldstandard gilt

Before novel therapeutics for ADPKD are approved for use in a clinical setting (i.e., by patients), rigorous preclinical testing in translationally relevant models is essential to demonstrate efficacy and safety, which are critical requirements for regulatory approval and successful IND dossier submission.  

Das induzierbare, nierenspezifische Pkd1 -Knockout-Mausmodell von InnoSer gilt als das Referenzmodell für die Bewertung der Pharmakokinetik, Wirksamkeit und Sicherheit verschiedener Wirkstoffklassen, darunter kleine Moleküle, Biologika, Gentherapien und metabolische Interventionen. Im Folgenden stellen wir zwei innovative Therapieansätze vor, die im Bereich der ADPKD zunehmend an Bedeutung gewinnen: Gentherapie und metabolische Reprogrammierung, und zeigen gleichzeitig auf, wie das Know-how von InnoSer im Umgang mit dem ADPKD-Mausmodell dazu beitragen kann, die präklinische Wirksamkeit nachzuweisen und so den Übergang von der präklinischen in die klinische Phase voranzutreiben.  

Präklinisch In-vivo-Bewertung von Gentherapien für ADPKD unter Verwendung des translationalen Mausmodells von InnoSer 

Die Gentherapie tritt in eine neue klinische Ära ein: Mehrere Zulassungen wurden bereits erteilt, weitere stehen bevor und versprechen bahnbrechende Möglichkeiten für seltene genetisch bedingte Erkrankungen wie ADPKD. Aufgrund ihres monogenen Charakters und ihres chronischen Verlaufs ist ADPKD ein vielversprechender Kandidat für gen-spezifische Therapiestrategien. Das Nephrologie-Team von InnoSer verfügt über umfangreiche Erfahrung in der präklinischen Bewertung von Gentherapien im ADPKD-Mausmodell über verschiedene Verabreichungswege und Krankheitsstadien hinweg.  

While intravenous (i.v.) administration of viral vectors (typically AAV) is common, efficient kidney gene delivery is complicated by the kidney’s natural filtration barrier blocking vector passage, vector sequestration in glomeruli or recirculation reducing direct renal cell uptake, off-target transduction leading to high liver uptake and toxicity risk, immunogenicity from repeated dosing against vectors or transduced cells, and potential safety concerns such as insertional mutagenesis and acute toxicity.  

Aufgrund dieser Faktoren hat der systemische Gentransfer bei genetisch bedingten Nierenerkrankungen wie ADPKD möglicherweise nur einen begrenzten translationalen Wert. Daher kann InnoSer Arzneimittelentwickler, die die Gentherapie als therapeutische Strategie zur Behandlung von ADPKD einsetzen, bei Wirksamkeitsstudien zur Gentherapie mittels lokaler Niereninjektion unter Verwendung spezialisierter chirurgischer Techniken beraten (Abbildung 2). Alternative Verabreichungsstrategien können ebenfalls in Betracht gezogen werden, darunter die Verabreichung über den Harnleiter, bei der das ausgedehnte Tubulusepithel für die retrograde Transduktion genutzt wird, sowie der Einsatz von hydrodynamischem Druck, um das Eindringen des Vektors aus dem Blutkreislauf in das Nierengewebe zu erleichtern. Das Expertenteam von InnoSer kann Sie bei der Auswahl und Optimierung dieser Techniken (einschließlich intravenöser und direkter Genverabreichung) auf der Grundlage des Wirkmechanismus (MoA) Ihrer Gentherapie und des Zielzellentypes unterstützen.  

ABBILDUNG 2. Chirurgische Methoden zur gezielten Verabreichung von Gentherapien in die Niere. Zu den chirurgischen Ansätzen zur Erprobung neuartiger Gentherapieverfahren gehören ii) Injektion in die Nierenarterie, ii) venöse Injektion, iii) transparenchymale Nierenbeckeninjektion iv) hydrodynamische Nierenbeckeninjektion und v) intraparenchymale Injektion. 

At InnoSer, our nephrology experts recognize that effective gene therapy for ADPKD requires a deep understanding of the kidney’s complex structure and the disease biology. Each delivery route transduces specific nephron compartments and renal cell types, which means that optimizing the gene delivery method to the therapeutic MoA and target cells is essential for success. Our expert team collaborates closely with you to optimize the dosing routes by considering critical factors such as: 

• Transfektionseffizienz: Verschiedene Verabreichungswege führen zu unterschiedlichen Transfektionsraten; die Wahl der optimalen Methode ist entscheidend für die Rettung von Pkd1 -Genexpression wiederherzustellen.  

• Off-Target-Effekte: Die Minimierung der Transduktion in der Leber und der systemischen Exposition verringert die Toxizität und die Immunreaktionen. 

• Vektorgröße: Viele Vektoren der Gentherapie überschreiten die Porengröße der glomerulären Spalten, was den passiven Eintritt in das Nierengewebe einschränkt.  

• Durch Injektionen verursachte Nierenschäden: Bestimmte Verfahren (z. B. Abklemmung oder durch Injektion verursachte Ischämie) können ein lokales Gewebetrauma verursachen, das die Zystenbildung und den Krankheitsverlauf im ADPKD-Mausmodell beeinflussen kann. Verfahren wie die Injektion in das Nierenbecken tragen dazu bei, das Nierentrauma zu verringern und gleichzeitig die Vektorretention zu verbessern. 

• Zielzell-Spezifität: Die Entscheidung, welche Nierenzelltypen als Ziel dienen, bestimmt die Wahl des Verabreichungswegs und die Gestaltung des Vektors.  

• Pkd1 Titration zur Wiederherstellung der Expression: Sowohl eine unzureichende Rettung als auch eine übermäßige Überexpression des Pkd1-Gens können die Ergebnisse verfälschen oder zusätzliche pathologische Veränderungen hervorrufen.  

Das Alter und die Entwicklungsphase des ADPKD-Mausmodells können den Zeitpunkt und die Wirksamkeit der Therapie beeinflussen und Aufschluss darüber geben, ob die Gentherapie prophylaktisch (d. h. beim P40-Mausmodell) oder therapeutisch (d. h. bei den P18- und P40-Mausmodellen) eingesetzt werden sollte (weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen den Modellen finden Sie in den folgenden Abschnitten). Diese Flexibilität, die Erkrankung in verschiedenen Krankheitsstadien auszulösen, ist entscheidend für die Beurteilung der zeitabhängigen Wirksamkeit der Gentherapie und die Optimierung von Verabreichungsvektoren wie AAV oder CRISPR/Cas9-basierte Systeme. Forscher können die Wiederherstellung von Pkd1 in vivo oder die Verabreichung therapeutischer RNA-Moleküle wie Antisense-Oligonukleotide (ASOs) sowie RNA-Interferenz-Strategien (d. h. siRNAs). 

Die Verabreichung von therapeutischen Molekülen, die in Trägersystemen wie Lipidnanopartikeln (LNPs) verpackt sind, lässt sich mittels Biolumineszenz-Bildgebung verfolgen. Erfahren Sie in diesem Blogbeitrag mehr über die Kompetenzen von InnoSer und sehen Sie sich Beispielstudien an, beispielsweise zur Bewertung der Biodistribution von LNPs mittels Biolumineszenz-Bildgebung.  

SEbenso lassen sich virale Vektoren wie AAVs mithilfe fluoreszierender Reportermarker wie GFP überwachen, wodurch die Transduktionseffizienz und die Gewebezielung sichtbar gemacht werden können.  

By closely taking into account your novel ADPKD therapy’s MoA, we collaborate closely with you to design and optimize delivery methods that maximize transduction efficiency while minimizing adverse effects, ensuring the best possible translational outcomes for your ADPKD gene therapy programs.  

Targeting Metabolic Reprogramming in ADPKD: A New Therapeutic Avenue 

Jüngste Fortschritte im Verständnis der Pathophysiologie der ADPKD haben gezeigt, dass zystische Epithelzellen und Gewebe eine metabolische Umprogrammierung durchlaufen, die an den Warburg-Effekt erinnert, wobei eine Verlagerung von der oxidativen Phosphorylierung hin zur aeroben Glykolyse stattfindet (Kanhai et al., 2023). Dieser veränderte Stoffwechselzustand bietet eine neue Möglichkeit sowohl für therapeutische als auch für ernährungsbezogene stoffwechselbezogene Maßnahmen bei ADPKD.  

Bei InnoSer dient unser ADPKD-Mausmodell als ideale Plattform zur Untersuchung von Wirkstoffen, die darauf abzielen, diese Stoffwechselstörungen rückgängig zu machen oder nutzbar zu machen. Maßnahmen zur metabolischen Reprogrammierung, darunter mTOR-Hemmer (z. B. Rapamycin, Everolimus), AMPK-Aktivatoren (z. B. Salsalat), Glykolysehemmer (z. B. 2-DG)sowie Modulatoren der Mitochondrienfunktionkönnen in verschiedenen Modellen des Krankheitsverlaufs (P10, P18, P40) getestet werden, um den optimalen therapeutischen Ansatz zu ermitteln.  

To illustrate the potential of metabolic activators in ADPKD, here we present a focused case study featuring our in-house validation studies on salsalate, an AMPK activator that has demonstrated promising results, consistent with the current state-of-the-art literature on salsalate, metabolic reprogramming and drug repurposing for ADPKD.  

Case Study: Salsalate as a Metabolic Activator in ADPKD 

Salsalate, a pro-drug dimer of salicylate belonging to the family of NSAIDs, activates AMPK through direct interactions with the drug-binding domain of the AMPK beta-1 isoform. As such, Salsalate arises as a key candidate for drug repurposing in ADPKD.  

ADPKD-Mäuse (P18-Mausmodell; Pkd1 KO wurde ab PND18 induziert), die 10 Wochen lang mit Salsalat (0,25 % im Futter) behandelt wurden, weisen im Vergleich zu Mäusen der Vehikel-Kontrollgruppe (P = 0,0001; Abbildung 5) eine signifikante Abnahme des Nierenvolumens (gemessen mittels Ultraschall; die dargestellten Daten sind um das Körpergewicht korrigiert; Abbildung 3), des Harnstoffspiegels im Blut (Abbildung 4)sowie eine geringere Schwere der zystischen Nierenerkrankung (Zystenindex) im Vergleich zu Mäusen der Vehikel-Kontrollgruppe (P = 0,0001; Abbildung 5). Im Einklang mit unseren Ergebnissen haben frühere Untersuchungen gezeigt, dass Salsalat das Fortschreiten der PKD in ADPKD-Mausmodellen verlangsamt hat, indem es die Mitochondrienfunktion verbesserte und Entzündungen reduzierte (Leonhard et al. 2019; Song et al. 2023; Kanhai et al. 2023).  

FIGURE 3. Salsalate treatment (0.25% in food) reduces kidney volume (corrected for body weight) in the ADPKD mouse model. Compared to Pkd1 KO mice administered with vehicle (food pellets), Salsalate–fed Pkd1 KO mice have a significantly lower kidney volume at post-natal day (PND) 97 (P<0.001).   

ABBILDUNG 4. Die Behandlung mit Salsalat senkt den Harnstoffspiegel im Blut im ADPKD-Mausmodell. Im Vergleich zu Pkd1-KO-Mäusen, denen ein Vehikel (Futterpellets) verabreicht wurde, zeigen Pkd1-KO-Mäuse,verabreichte Pkd1-KO-Mäuse eine fortschreitende niedrigere Blutharnstoffwerte (mmol/l), was auf eine stabile Nierenfunktion hindeutet (PND74: *P=0,0155; PND98: **P=0,0028; PND102: **P=0,0010; PND109: **P=0,0014, mit Vehikel behandelte vs. mit Salsalat behandelte Pkd1-KO-Mäuse; Mixed-Effect-Analyse). 

ABBILDUNG 5. Die Behandlung mit Salsalat (0,25 % im Futter) senkt den Zystenindex (%) im ADPKD-Mausmodell. (A) Im Vergleich zu Pkd1-KO-Mäusen, denen ein Vehikel (Futterpellets) verabreicht wurde, mit Salsalat-verabreichten Pkd1-KO-Mäusen eine signifikante Abnahme des Zystenindex (P = 0,0001), was auf eine Verbesserung der pathophysiologischen Nierenerkrankung hindeutet. (B) Repräsentatives histologisches Bild einer Niere einer gesunden Maus. (C) Repräsentatives histologisches Bild einer Niere einer mit Vehikel behandelten Pkd1-KO-Maus. (D) Repräsentatives histologisches Bild einer Niere einer mit Pkd1-KO Salsalatbehandeltem Tier. Im Vergleich zu den mit Vehikel behandelten Tieren Salsalat-behandelte Mäuse kleinere Zysten mit geringerer Verteilung (Pfeile). 

Da sich die Forschung über die traditionellen kleinen Moleküle hinaus ausweitet, erweitert sich das ADPKD Forschungsplattform bietet Ihnen eine flexible, validierte Plattform zum Testen einer breiten Palette therapeutischer Strategien, von gen-spezifischen Interventionen bis hin zur metabolischen Reprogrammierung. Ganz gleich, ob Sie nun an RNA-basierten Medikamenten, Genkorrekturtechnologien oder Modulatoren des Energiestoffwechsels arbeiten – unser Team unterstützt maßgeschneiderte Studiendesigns, um Ihren Weg von der Entdeckung bis zur klinischen Umsetzung zu beschleunigen. Kontaktieren Sie unser Team, um Ihre therapeutische Pipeline zu besprechen und zu erörtern, wie wir Ihnen helfen können, mithilfe unseres ADPKD-Modells robuste, auf die klinische Anwendung übertragbare In-vivo-Daten zu generieren. 

Validated, translationally relevant and customizable ADPKD mouse model to study novel ADPKD treatments  

Bei InnoSer bieten wir ein einzigartig entwickeltes induzierbares, nierenspezifisches Cre(lox,lox)–Pkd1 Knockout (KO)-ADPKD-Mausmodell an (Lantinga van Leeuwen et al., 2007). Die konditionale Inaktivierung von Pkd1 -Genexpression verhindert die embryonale Letalität bei Mäusen, die bei Pkd1 -Deletion in der Keimbahn aufgrund eines schweren zystischen Phänotyps auftritt. Die induzierbare Eigenschaft dieses Modells ermöglicht eine Inaktivierung von PKD1 -Genexpression zu spezifisch gewählten Zeitpunkten, sowohl bei sich entwickelnden als auch bei erwachsenen Mäusen. Dies ermöglicht nicht nur eine gut kontrollierte Analyse der ADPKD-Pathogenese, sondern dank der in unserem Modell beobachteten charakteristischen altersabhängigen Zystenbildung auch die Erstellung verschiedener Modelle zum Verlauf der ADPKD.  

Bei der Durchführung präklinischer Forschung unter Verwendung unseres Modells gibt es drei Zeitpunkte, zu denen der KO induziert werden kann, bezogen auf den postnatalen Tag (P), an dem der durch Tamoxifen induzierte Pkd1 Gen-Disruption durchgeführt wird; P10, P18 und P40. Da sich das Nierengewebe bei jugendlichen und erwachsenen Mäusen in unterschiedlichen Proliferationsstadien befindet, lassen sich bei jedem Ansatz Unterschiede in der Anfälligkeit für die Zystenbildung beobachten. Folglich ist jeder Zeitpunkt der Pkd1 Gen-Knockout einen wesentlichen Einfluss auf den Schweregrad und das Fortschreiten der Zystenbildung (Abbildung 6). Daher stellt jeder Untersuchungszeitpunkt ein einzigartiges Modell mit eigenen Vorteilen und zu berücksichtigenden Aspekten dar, die wir im Folgenden erläutern.  

ABBILDUNG 6. H&E-gefärbte Nierenschnitte, die die Unterschiede im rNierenzysten-Phänotypzwischen P10- und P18-ADPKD-Mausmodellen. (A–C) Pkd1-Knockout (KO) am postnatalen Tag 10 (P10) zeigt ein schnelles Fortschreiten der Zystenbildung in der äußeren Medulla im Vergleich zu den anderen Nierenregionen. Zudem zeigt dieses Modell eine rasche Bildung mehrerer großer Zysten innerhalb eines kurzen Zeitraum.  Eine Behandlung mit einem bereits validierten Medikament gegen ADPKD, wie beispielsweise Everolimus zeigt eine signifikante Verringerung des zystischen Phänotyps. (D–F) Im Gegensatz zum P10-Modell, wies das P18- Modell zeigt die synchronisierte Bildung mehrerer, kleinere Zysten im gesamten Nierenbereich. TBehandlung mit einem zuvor validierten Medikament gegen ADPKD, wie beispielsweise Tolvaptan, zeigt eine signifikante Verringerung des des zystischen Phänotyps.  

P10-Studie: Durchführung von Screenings zur Identifizierung vielversprechender Wirkstoffkandidaten unter Verwendung des ADPKD-Mausmodells

P10-Studien bieten Forschern eine Plattform für das Screening von Wirkstoffen, die sich hervorragend für schnelle und zuverlässige Tests eignet und ideal für pharmakokinetische Untersuchungen sowie Wirksamkeits- und Verträglichkeitsstudien mit mehreren Leitwirkstoffen ist. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der frühe Ausbruch der ADPKD bei Neugeborenen und Kindern zu relativ großen Zysten führt, was durch das schnelle Zystenwachstum in den sich entwickelnden Nieren erklärt wird, was auch im P10-Modell beobachtet wird.  

Störung von Pkd1 -Genexpression am Tag P10 im ADPKD-Mausmodell führt zur raschen und massiven Bildung von Zysten im distalen Segment des Nephrons (Abbildung 6), da sich das Nierenepithel noch in einer Proliferationsphase befindet (Abbildung 7). Dank der kurzen Studiendauer (die Lebensphase beträgt 4 Wochen) sind P10-Studien im Vergleich zu P18- und/oder P40-Studien am kosten- und zeiteffizientesten durchzuführen.  

ABBILDUNG 7. Unterschiede im proliferativen Zustand der Nieren bei den verschiedenen ADPKD-Krankheitsverlaufsmodellen und dem als Goldstandard geltenden Ansprechen auf die Behandlung im ADPKD-Mausmodell. Histologische Aufnahmen zeigen Bereiche mit Epithelzellkernen, die positiv auf den Proliferationsmarker Ki67 reagieren. (A) Das Nierentubulusepithel des P10-Modells weist eine signifikante Proliferation um die Zysten herum auf, erkennbar durch die starke Ki67-Expression (dargestellt im vergrößerten Ausschnitt). (B) Die Behandlung mit Everolimus reduziert die Anzahl der proliferativen Zellen um die Zysten herum, was durch die schwache Ki67-Färbung. (C) Im Gegensatz zum P10-Modell weist das P18-Modell eine geringere Anzahl proliferierender Zellen um die Zysten herum auf. Die Unterschiede in der Zystenentwicklung und im Zystenwachstum zwischen dem P10- und dem P18-Modell hängen somit wahrscheinlich mit den Unterschieden in der Proliferation zusammen. (D) Nach der Behandlung mit Tolvaptan zeigten die Nieren von Tieren des P18-Modells eine verminderte Zellproliferation, was durch eine schwache und/oder fehlende Ki67-Expression. Maßstabsbalken sind für jedes jeweilige Bild angegeben. 

P18- und P40-Studien: Durchführung von Langzeitstudien unter Verwendung des ADPKD-Mausmodells

P18- und P40-Studien werden in der Regel von Forschern bevorzugt, die die Wirksamkeit ihres Wirkstoffs in einem klinisch relevanteren Umfeld bewerten möchten. Es wurde berichtet, dass bei Patienten mit im Erwachsenenalter auftretender ADPKD die Zystenbildung und das Zystenwachstum im Vergleich zu Patienten mit im Kindesalter auftretender ADPKD deutlich langsamer verlaufen (Leonhard et al., 2016). Durch das Ausschalten Pkd1 an P18 (die Lebensphase dauert ca. 18 Wochen) und P40 (die Lebensphase dauert rund 27 Wochen) führt zu einer relativ langsamen Zystenentwicklung und -progression, die alle Segmente des Nephrons betrifft (Abbildung 6). Dies ähnelt dem pathophysiologischen Verlauf der im Erwachsenenalter auftretenden ADPKD. P18- und P40-Studien können darüber hinaus eine Plattform für Forscher bieten, die chronische Behandlungsstudien durchführen möchten, und bieten die Möglichkeit, auch mögliche Langzeitnebenwirkungen zu erkennen.  

Auswahl der Messparameter: Wie lässt sich das Fortschreiten der Erkrankung im ADPKD-Mausmodell messen? 

Bei InnoSer nutzen wir verschiedene Messgrößen, um den Krankheitsverlauf und die Wirkungen neuartiger, zielgerichteter ADPKD-Wirkstoffe anhand des ADPKD-Mausmodells zu bewerten. Allgemeine pharmakokinetische Studien ermöglichen die Beurteilung der Biodistribution der untersuchten Wirkstoffe, da eine nierenspezifische Verabreichung entscheidend ist, um systemische Toxizität im Zusammenhang mit einer Langzeittherapie bei ADPKD-Patienten zu vermeiden. In diesem Artikel haben wir die Bedeutung der Durchführung von PK/PD- und Verträglichkeitsstudien im ADPKD-Modell hervorgehoben. Das Nierenvolumen ist ein wichtiger Prädiktor für das Fortschreiten der ADPKD in der Patientenpopulation und daher auch in der präklinischen Prüfung neuartiger Therapeutika von hoher translationaler Relevanz. Unter Nutzung unserer In-vivo-Kapazitäten führen wir Ultraschall- Nierenvolumenmessungen durch, um translational relevante Längsschnittdaten zu gewinnen. Noch wichtiger ist das Gesamtnierenvolumen (TKV) gilt als Surrogatbiomarker für eine Abnahme der Nierenfunktion bei ADPKD-Patienten und ist von der EMA und der FDA zugelassen. Die Zunahme des Nierenvolumens steht im Zusammenhang mit einer Abnahme der glomerulären Filtrationsrate (GFR), was äußerst relevante Informationen über das Fortschreiten der Erkrankung liefert. Bei InnoSer wird die GFR transdermal bestimmt, was die Erfassung von Langzeitdaten zur Nierenfunktion ermöglicht (Abbildung 8). Andererseits Blutkreatinin sowie Harnstoff liefern allgemeinere Parameter zur Nierenfunktion und sind kostengünstiger als die GFR-Bestimmung.  

Neben dem Nierenvolumen und der Nierenfunktion, der Zystenbildung und anderen damit verbundenen pathologischen Läsionen lassen sich auch die Auswirkungen neuartiger Therapien auf die Hemmung oder das Stoppen der Entstehung und/oder des weiteren Wachstums von Zysten mittels routinemäßiger H&E-Färbungen beurteilen. Die Analyse der Gesamtfläche der Zysten im Verhältnis zur Gesamtfläche der Niere, die als Zystenindex (um mehr über die Anwendung des Zystenindex im ADPKD-Modell zu erfahren, können Sie unseren früheren Artikel einsehen, indem Sie hier klicken), ermöglicht es uns, den Prozess der Zystenbildung nach einer routinemäßigen H&E-Färbung zu quantifizieren. Schließlich spezifische Färbungen zur Beurteilung der Fibrose (PSR, Trichrom, alpha-SMA), Proliferation (Ki67) sowie Zystenwachstum (Cyclin D1), um zusätzliche Einblicke in den therapeutischen Wirkmechanismus von Prüfpräparaten zu gewinnen.  

ABBILDUNG 8. Die transdermale GFR-Messung zeigt eine Abnahme der Nierenfunktion bei ADPKD-Mäusen. Im Im Laufe der Zeit beobachten wir eine signifikanten Rückgang der GFR in der PKD-Gruppe im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe (PND 81 PKD-Gruppe vs. PND 115 PKD-Gruppe *P= 0,0096; PKD-Gruppe am PND 102 vs. PKD-Gruppe am PND 115 **P= 0,0172; gesunde Gruppe am PND 115 vs. PKD-Gruppe am PND 115 ***P= 0,0016; M ± SEM; die Punkte stehen für einzelne Tiere), was den Verlust der Nierenfunktion bei PKD-Mäusen und die Eignung dieser Methode für Wirksamkeitsstudien. 

Die Wahl der richtigen Studienart für Ihre Forschung mit dem ADPKD-Mausmodell

Die Wahl der am besten geeigneten Studienart und des geeigneten Studiendesigns hängt letztlich von den spezifischen Zielen der Forschungsfrage ab. Jedes Modell weist seine eigenen Merkmale auf, wie beispielsweise das Alter und die Geschwindigkeit des Krankheitsverlaufs, das betroffene Nephronsegment, die Anzahl der betroffenen Nephrone sowie die Geschwindigkeit der Zystenbildung und des Zystenwachstums. Faktoren wie die pharmakologischen Eigenschaften der zu testenden Verbindung sowie die Expression des Zielproteins in verschiedenen Nephronsegmenten und zystischen Epithelien müssen berücksichtigt werden. Um mehr darüber zu erfahren , wie Sie sicherstellen können, dass Sie mit validierten Nierenerkrankungsmodellen arbeiten, lesen Sie unseren früheren Artikel , in dem die wichtigsten Fragen aufgeführt sind, die Sie vor Beginn von Studien mit Nierenerkrankungsmodellen klären sollten. 

Consulting with our nephrology study experts will allow you to carry out tailored studies while collecting the most study-appropriate data. We also advise you on the most optimal model selection, taking in your budget and study timelines.