Organische Nitrate – From bench to bedside and back Thomas Thum Medizinische Hochschule Hannover Abteilung für Molekulare und Translationale Therapiestrategien; Klinik für Kardiologie und Angiologie

Das Auftreten einer endothelialen Dysfunktion geht zukünftigen kardiovaskulären Ereignissen voraus Circulation. 2000;101:948

Endotheliale Progenitorzellen : Die endogene Reparaturreserve Dimmeler et al., JCI, 2005

Endothelial progenitor cells Background – Endothelial progenitor cells EPC are mobilised into the circulation and contribute to neovascularisation and subset damaged endothelium. Asahara et al., Science. 1997; Takahashi et al., Nat Med. 1999 EPC number is reduced in patients with coronary artery disease Vasa et al., Circ Res. 2001; Thum et al., JACC, 2005 EPC number predict future cardiovasculal events. Schmidt-Lucke et al., Circulation. 2005 Werner et al., NEJM. 2005 EPC function is impaired in a variety of cardiovascular diseases and during aging Kissel et al., J Am Coll Cardiol. 2007; Thum et al., J Am Coll Cardiol. 2005; Heeschen et al., Circulation. 2004 Thum et al., Circ Res. 2007; Thum et al., Diabetes, 2007 Nitric oxide synthase inhibitors (e.g. ADMA) impair both endothelial and EPC function. Böger et al., Circ Res, 2000; Thum et al., J Am Coll Cardiol, 2005 Rosenzweig, N Engl J Med. 2003

PETN hemmt die Progression der atherosklerotischen Läsionsbildung im Tiermodell A B 100 n.s. * 90 intimal lesion area [ % ] 80 70 70 CHOL32/ PETN32 CHOL16 CHOL32 CHOL32/ PETN32 CHOL16 CHOL32 CHOL16 CHOL32 Kojda et al., Br J Pharmacol 2001;132:1707-1714

NO ist bedeutsam für das Funktionieren endothelialer Progenitorzellen Hypothesen NO ist bedeutsam für das Funktionieren endothelialer Progenitorzellen Nitrate als Substanzen, die die NO Verfügbarkeit erhöhen, können die Mobilisation und Funktion von EPC verbessern

Effekte von Nitraten auf EPC Circulating EPC levels In vivo experiments – Circulating EPC levels 0,2 P<0.05 P<0.05 0,15 mini pump continous infusion for 4 days, 43 µmol/kg/d % EPC of PBMCs 0,1 0,05 control ISDN PETriN

Effekte von Nitraten auf EPC EPC Funktion und O2- Level In vivo– EPC Funktion und O2- Level O2- P<0.05 P<0.05 3000 2000 ethidium fluorescence (arbitrary units) 1000 mini pump continous infusion for 4 days control ! ISDN PETriN 150 P<0.05 P<0.05 100 migrated cells/high power field 50 control ISDN PETriN function

Modulation der Stammzellzahl und –Funktion durch organische Nitrate – Eine klinische Pilotstudie day 0 day 14 Long-term follow up KHK-Patienten mit stabiler AP, Standard KHK- Behandlung + PETN (2x 80mg) ISDN (2x 40mg) Endothelfunktionstest, 6 Parameter EPC-Zahl, 7 Parameter EPC-Funktion, 4 Parameter EPC signaling mechanisms Endothelfunktionstest, 6 Parameter EPC-Zahl, 7 Parameter EPC-Funktion, 4 Parameter EPC signaling mechanisms

Vergleich PETN versus ISDN - Veränderungen der Endothelfunktion Endo-PAT Periphere arterielle Tonometrie Messung der Änderung des pulsatilen arteriellen Blutvolumens in der Fingerspitze Itamar Medical Ltd., Israel 10

Zusammenfassung Die Behandlung von KHK-Patienten mit PETN verbesserte die EPC-Zahl und hatte keine negativen Auswirkungen auf die Endothelfunktion. ISDN zeigte negative Effekte auf EPC und war assoziiert mit einer Verschlechterung der endo-thelialen Funktion.

MicroRNAs als neue Therapeutika in der Herzkreislaufmedizin ? 1. cardiac fibrosis, hypertrophy, and dysfunction 2. Jessup & Brozena, N Engl J Med. 2003.

miR-21 upregulation in murine and human failing hearts Murine model of heart failure

First example of a miRNA-based therapeutic approach in cardiovascular medicine TAC Thum et al., Nature, 456:980-4, 2008

Role of microRNAs in endothelial progenitor cells ?

Are there changes in microRNA expression during pathological conditions in endothelial progenitor cells ?

The endogenous NO synthase inhibitor asymmetric dimethylarginine (ADMA) mediates functional impairment of EPC 60 UEA-1 dil- acLDL differentiation 40 p<0.001 p<0.0001 20 control ADMA control ADMA 1µM 5µM 10µM 2 4 6 8 10 12 14 control ADMA 1µM 5µM 10µM CFUs / well proliferation p<0.05 p<0.001 12 10 EPC incorporation 8 incorporation 6 p<0.05 4 p<0.001 2 control ADMA 1µM 5µM 10µM J Am Coll Cardiol, 2005

Use ADMA to induce EPC dysfunction Microarray-based miRNA profiling

BMBF/IZKF-Nachwuchsgruppe E-31 A team approach !!! Julius-Maximilians Universität Würzburg Department of Cardiology Johann Bauersachs, Paolo Galuppo, Georg Ertl Rudolf-Virchow-Center Würzburg, Germany Stefan Engelhardt Rockefeller Universität, New York, USA Tom Tuschl, John Pena Regulus Therapeutics, USA Jürgen Soutschek BMBF/IZKF-Nachwuchsgruppe E-31 http://www.izkf.uni-wuerzburg.de Imperial College London Thomas Brand Virginia Jazbutyte Jan Fiedler Kerstin Schmitter Michaela Kümmel Annette Horn Andrea Leupold medical students: Felix Fleissner, Christian Wolf, Michal Kardasinski, Volker Wiebking, Julia Kapp, Anna Rüthlein

Medizinische Hochschule Hannover Zentrum für Molekulare und Translationale Therapiestrategien und Abt. für Kardiologie Danke für Ihre Aufmerksamkeit !