De ontdekking van anticonvulsieve verbindingen in de zebravis

Met wereldwijd 70 miljoen patiënten is epilepsie een van de meest voorkomende neurologische aandoeningen. De ziekte wordt gekenmerkt door onvoorspelbare, niet-uitgelokte, terugkerende aanvallen. Bovendien gaat de ziekte vaak gepaard met psychiatrische en cognitieve comorbiditeiten, die de kwaliteit van leven van patiënten dramatisch beïnvloeden. Farmacologische interventie is tot dusver de eerstelijnsbehandeling voor epilepsie. Helaas vertoont ongeveer 30% van de patiënten epileptische aanvallen die slecht behandelbaar zijn met de huidige op de markt verkrijgbare anti-epileptica.
Om nieuwe verbindingen te vinden, is een breed scala aan preklinische diermodellen voor epileptische aanvallen en epilepsie ontwikkeld en gebruikt in projecten voor het fenotypisch ontdekken van nieuwe geneesmiddelen. In 2015 bijvoorbeeld werden verschillende farmaco-resistente knaagdiermodellen in de werkstroom van het vernieuwde Epilepsie Therapie Screening Programma (ETSP) (NIH, VS) opgenomen.
Hoewel deze modellen de mogelijkheid bieden om innovatieve anti-epileptica te identificeren die werkzaamheid vertonen bij farmacoresistente patiënten, is de nieuwe screeningpijplijn arbeidsintensief en is ze gelimiteerd door de beperkte doorvoer. Meer recentelijk hebben zebravismodellen, vooral die met een farmacoresistent profiel en een hoge doorvoercapaciteit, aan populariteit gewonnen bij de ontdekkingstocht naar nieuwe geneesmiddelen. Zebravissen vertonen een uitstekend compromis tussen de systeemcomplexiteit van gewervelde organismen, maar tevens ook de praktische eenvoud van de in vitro modellen. Bovendien maken ze het mogelijk om kandidaat-antiepileptica te vinden tegen lagere kosten en tijd, en kunnen ze dus worden gebruikt in de vroege fase van geneesmiddelenonderzoek om de ontdekking van innovatieve antiepileptica te versnellen.
In dit doctoraatsonderzoek werden twee verschillende farmacoresistente zebravismodellen, een chemisch geïnduceerd en een genetische epilepsie-model, gebruikt voor de ontdekking van nieuwe hits en voor het nagaan van de activiteit van geselecteerde verbindingen.In vergelijking met een willekeurige screening van moleculen, wordt een benadering gebaseerd op medicinale planten verondersteld efficiënter te verlopen ter identificatie van actieve verbindingen. Dit is het gevolg van het feit dat deze planten een selectie vertegenwoordigen na eeuwenlang gebruik van hun (veronderstelde) therapeutische waarde. Traditionele Chinese geneeskunde (TCM) is een van de meest toegepaste vorm van fytotherapie in de wereld, inclusief meerdere recepten gebaseerd op planten die gebruikt worden bij epilepsie. In het eerste project werden 42 extracten van medicinale extracten van veertien neuroprotectieve en antiseizure TCM-planten bereid, en werd een fenotypische screening uitgevoerd met zebravismodellen van epileptische aanvallen (PTZ en EKP) en een knaagdiermodel (muis 6-Hz psychomotorisch epileptische aanval-model).Zowel het zebravis EKP- als het 6 Hz psychomotorische model vertonen een hoog potentieel om anti-epileptica te identificeren met een nieuw werkingsmechanisme.
Onze strategie leidde tot de identificatie van magnolol en honokiol, hoofdbestanddelen van Magnolia officinalis, evenals van het structureel verwante allylbifenolische methylhonokiol als potente verbindingen tegen epileptische aanvallen. Bovendien was magnolol in staat om de muis op een dosisafhankelijke manier te beschermen tegen aanvallen geïnduceerd door 6-Hz elektrische stimulatie, waardoor de antiepileptische activiteit van de verbinding in een zoogdiermodel werd bevestigd.
Het Dravet Sydroom (DS) is een catastrofale genetische epilepsie die zich manifesteert vanaf de kindertijd en gekenmerkt wordt door een verscheidenheid aan farmacoresistente aanvallen die aanvankelijk vaak worden veroorzaakt door koorts. Interessant is dat verschillende de novo mutaties in het SCN1A-gen worden gevonden bij ongeveer 85% van de patiënten met DS. Een genetisch zebravis Dravet-model gebaseerd op scn1Lab-/- mutante werd eerder ontwikkeld om de genetische basis en kenmerken van DS nauwkeurig te reproduceren. Dit model werd gebruikt in onze tweede studie met als doel de antiepileptische activiteit van de enantiomeren van fenfluramine (FFA) en zijn verondersteld actieve metaboliet norfenfluramine (norFFA) te onderzoeken. Bedoeling was na te gaan welke van de twee enantiomeren aanwezig in het racemische FFA mengsel, klinisch gebruikt bij de behandeling van DS-patiënten, actief zijn. Ten eerste hebben we het model farmacologisch gevalideerd door zowel enkelvoudige als als gecombineerde anti-epileptica therapie te gebruiken. De resultaten waren in overeenstemming met het klinische behandelingsalgoritme voor DS. Daarna werd bevestigd dat de anti-epileptische activiteit van de verbindingen een concentratie-responsrelatie vertoonden,waarmee werd aangetoond dat zowel de enantiomeren van FFA als hun norFFA-metabolieten bijdragen aan de therapeutische activiteit van racemisch FFA bij DS patiënten.
Samenvattend kan gesteld worden dat het uitgevoerde onderzoekswerk drie mogelijke hits tegen farmacoresistente epilepsie identificeerde, en dat het de waarde van medicinale planten als een interessante bron voor de ontdekking van nieuwe anti-epileptica aantoonde. Verder wordt bewezen dat het gebruik van zebravismodellen als hoog doorvoermodel van therapieresistente aanvallen kunnen worden ingezet bij het ontdekken van innovatieve anti-epileptica.