Erythropoietin terapi for subaraknoidal blødning

BAGGRUND:

1. Forsinket iskæmiunderskud i subaraknoidal blødning

   Syv tusinde patienter lider af SAH hvert år i Storbritannien, og unge voksne (<55 år) er lige så ramt. Cerebral vasospasme og relateret cerebral iskæmi er de vigtigste årsager til forsinket morbiditet og dødelighed hos patienter, der overlever den indledende SAH-episode. Tidligere undersøgelser har afsløret, at øjeblikkelig lav cerebral blodgennemstrømning (CBF) ledsager SAH, især i koma. For patienter med bedre kvalitet er den lave CBF imidlertid ofte forsinket og forbundet med cerebral vasospasme [Knuckey 1985]. Vasospasme går ofte forud for indtræden af ​​DID, som almindeligvis forekommer i 2. uge efter SAH [Knuckey 1985]. Autoregulering er den mest gennemførte refleksmekanisme og afspejler en iboende evne hos de cerebrale kar til at udvide sig i et forsøg på at opretholde konstant CBF i lyset af dårlig cerebral perfusion. Efter SAH påvirker svækkelse af autoregulering prognosen [Lam 2000]. Faktisk kan daglig vurdering af autoregulering hjælpe med at identificere patienter med høj risiko for klinisk forværring [Smielewski 1997].

   Autoregulering kan bekvemt måles non-invasivt fra sengekanten ved hjælp af transkraniel Doppler (TCD). Direkte målinger af flowhastigheder i den midterste cerebrale arterie (FV) er prædiktive for DID; forhøjet middel FV (>120 cms/sek.) og øget forhold mellem mFV mellem MCA og ekstrakraniel indre halspulsåre (ICA) (Lindegaard ratio >3), der er forbundet med cerebral vasospasme og højere forekomst af bivirkninger [Lindegaard 1988]. Den hurtige stigning af FV med tiden er også prædiktiv, ligesom forholdet mellem FV og spontane ændringer i blodtryk (korrelationsindeks Mx) [Czosnyka 2000].

   Et mere sofistikeret mål for abnorm cerebrovaskulær hæmodynamik involverer transient hyperaemic respons test (THRT) [Giller 1991]. Dette bruges rutinemæssigt i vores afdeling, hvor vi har påvist en sammenhæng mellem en unormal THRT og klinisk resultat efter SAH [Lam 2000]. THRT vurderer FV-responsen på en manuel carotiskompression (figur 1) og kan gentages inden for et par minutter, hvilket giver en pålidelig og let tilgængelig metode til vurdering af autoregulering. Når THRT bruges til daglige vurderinger for den samme patient, kan denne test give en værdifuld monitor af sekventielle ændringer i autoregulering.

2. Autoregulering efter SAH

   Autoregulering er ofte svækket efter SAH, selv hos patienter med god klinisk karakter [Voldby 1985]. Et unormalt THRT-respons udvikler sig almindeligvis enten tidligt på dag 0 til 3 (primær) eller sent omkring dag 7 til 14 (sekundær) efter den første blødning. Primære abnormiteter i THRT er langt mere almindelige hos patienter med dårlig kvalitet, mens sekundære abnormiteter forekommer mere regelmæssigt hos de initialt gode patienter, som senere udvikler tegn på DID med klinisk forværring [Ratsep 2002]. Rutinemæssig og daglig vurdering af autoregulering med TCD hjælper med at identificere patienter med højere risiko for DID. Denne forsinkelse i udviklingen af ​​en unormal autoreguleringsrespons hos patienter af bedre kvalitet giver mulighed for at introducere tidlige terapeutiske strategier designet til at opveje de potentielt skadelige virkninger. Faktisk er rutinemæssig brug af plasmaekspansion allerede vedtaget med dette formål for øje [Origitano 1990].

3. Terapeutisk mulighed; hvorfor rekombinant humant erythropoietin?

For nylig er opmærksomheden blevet fokuseret på potentielle terapeutiske roller for endogene hjerneproteiner med neurobeskyttende egenskaber. Denne neurobeskyttende tilgang til brug af erythropoietin (EPO) er rettet mod at beskytte potentielt levedygtigt hjernevæv mod apoptose [Ehrenreich 2002]. EPO, et 34-kDa hydrofobt sialoglycoprotein, er ansvarlig for overlevelsen, proliferationen og differentieringen af ​​engagerede erythroide stamceller. Det produceres af føtal lever og voksne nyrer, som accelereres under hypoxi [Lacombe 1999]. Fordi der ikke er nogen foruddannet EPO-lagring, involverer kontrollen af ​​EPO-gentransskription derfor komplekse interaktioner med hypoxi-inducerbar faktor 1 (HIF-1), en transkriptionsfaktor, som aktiveres under hypoxi, hypoglykæmi og anfald [Lacombe 1999] .

EPO-receptor (EPO-R) har ligesom andre medlemmer af den hæmatopoietiske receptorfamilie ikke en endogen tyrosinkinaseaktivitet. Imidlertid kan dets tætte tilknytning til Jak2-tyrosinkinase inducere en hurtig tyrosin-phosphorylering på en række proteiner [Lacombe 1999]. Hypoxi kan inducere en øget EPO-R-ekspression, hvilket igen forårsager øget følsomhed over for EPO [Chin 2000].

Både EPO og EPO-R er allestedsnærværende fordelt i neurale væv [Digicaylioglu 1995]. Bortset fra større kar er EPO-R rigeligt fordelt i astrocytter, neuroner og cerebrale kapillære endothelia [Marti 1996, Yamaji 1996, Bernaudin 1999, Brines 2000]. Immunhistokemi viser, at disse fordelinger af EPO-R er i overensstemmelse med den anatomiske placering af blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​[Brines 2000]. En sådan kondenseret fordeling af EPO-R inden for og omkring de cerebrale kapillærer indebærer, at en lille mængde EPO er tilstrækkelig til at mediere fysiologisk funktion i centralnervesystemet [Chin 2000]. Den øgede produktion af EPO som reaktion på hypoxi og anæmi fra astrocytter og neuroner svarer til den, der forekommer i nyrer og lever [Masuda 1994]. Under hypoxi virker EPO således direkte på cerebrale kapillære endotelceller som en angiogen faktor gennem en parakrin mekanisme fra astrocytter og en endokrin mekanisme fra nyren [Digicaylioglu 1995].

EPO beskytter nervevæv under alle forhold karakteriseret ved en relativ mangel på ATP [Brine 2000]. Denne neurobeskyttende effekt opnås af flere mekanismer.

1. EPO kan inducere ekspression af flere glykolytiske enzymer, som omdirigerer energimetabolismen mod at favorisere overlevelse under iltmangel [Digicaylioglu 1995].
2. Under cerebral iskæmi er den N-methyl-D-aspartat (NMDA)-receptor-medierede glutamattoksicitet den vigtigste årsag til neurondød [Morishita 1997]. Glutamattoksicitet er delvist medieret af nitrogenoxid (NO). EPO opregulerer ekspressionen af ​​antioxidantenzymer på et transkriptionelt niveau i vaskulære glatte muskelceller [Kusano 1999] og kan potentielt beskytte neuroner mod NO-genererende midler [Sakanaka 1998]. Ydermere kan EPO undertrykke stigningen i Ca2+ koncentration induceret af glutamat og den nitrogenoxid (NO)-inducerede apoptose [Morishita 1997].

EPO har vist sig at give neurotrofiske [Konishi 1993] og angiogene virkninger [Yamaji 1996], og det har potentiale for neural regenerering [Siren 2001]. Disse virkninger er dosisafhængige og ikke relateret til nervevækstfaktoren (NGF) [Konoshi Y 1993]. Fordelingerne af EPO og EPO-R svarer til sekvensen af ​​histopatologiske ændringer af cerebral iskæmi/infarkt. Ved akut hypoxi (hjertestop) kan stærk immunreaktivitet af EPO findes i vaskulært endotel, mens EPOR udtrykkes stærkt i neuroner [Siren 2001]. Efter cerebral iskæmi spiller EPO en vigtig rolle i angiogenese og glialreaktion. EPO-immunreaktivitet vises i endotelet, intravaskulære inflammatoriske celler og neuroner i penumbra. Også EPO-R udtrykkes i neuroner, astrocytter og endotelceller [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Fordi ekspressionen af ​​EPO-R går forud for opreguleringen af ​​EPO-syntese [Bernaudin 1999], øges følsomheden over for EPO [Chin 2000]. I modsætning hertil kan disse ændringer ikke påvises i ikke-iskæmisk cortex [Bernaudin 1999], hvilket indikerer et øget potentiale for EPO til at virke, hvor neuroner er i fare [Siren 2001]. Ved at beskytte endotelceller mod apoptose kan EPO øge cerebral blodgennemstrømning, forbedre mikrocirkulationen af ​​penumbra og forbedre iltning af væv ved angiogenese, og dermed reducere infarktvolumenet betydeligt [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Denne angiogenese svarer til den opdagelse, at hjernen under hypoxiske forhold, såsom eksponering for store højder, øger den gennemsnitlige mikrovaskulære tæthed [Lamanna JC 1992]. I gamle infarkter er EPO og EPO-R stærkt udtrykt i reaktive astrocytter. EPO-systemet kan således deltage i reparationsprocessen [Siren 2001]. Den vedvarende opregulering af EPO-produktion af astrocytter efter slagtilfælde giver også hurtigt tilgængelige kilder til EPO for at få neuroner til at tolerere iskæmi mere [Siren 2001]. Disse endogene neurobeskyttende mekanismer er utilstrækkelige til at klare akutte skader, da alvorlig iskæmisk fornærmelse kan udtømme hjernens EPO/EPO-R neurobeskyttende kapacitet, eller latensen af ​​de novo syntese er for lang. Klinisk anvendelse af EPO bør administreres hurtigt for at give yderligere neurobeskyttelse [Brines 2000].

Epoetin beta er et 165-aa glycoprotein fremstillet ved brug af rekombinant DNA-teknologi, som indeholder den identiske aminosyresekvens af isoleret humant EPO og har samme biologiske aktivitet. Det ligner det endogene EPO bortset fra mindre forskelle i mønsteret af 4 kulhydratkæder. [Brine 2000] Det rekombinante humane EPO er blevet brugt i vid udstrækning til behandling af anæmi forbundet med kronisk nyreinsufficiens, HIV-infektion, cancer og kirurgi og har en fremragende sikkerhedsrekord i bred klinisk praksis.

4. Hvorfor 90.000 IE Epoetin beta?

Sikkerheden og effekten af ​​epoetin beta til behandling af akut slagtilfælde (inden for 8 timer) hos mennesker er blevet bekræftet i et dobbeltblindt, randomiseret, placebo-kontrolleret klinisk forsøg, som anvender højdosis intravenøs epoetin beta (3.3000 IE/50 ml/ 30 min/dag, tre dage, med en kumulativ dosis på 100.000 IE) [Ehrenreich 2002]. Ingen associerede ændringer i blodtryk, hæmatokrit, hæmoglobin og antallet af røde blodlegemer er fundet i dette forsøg [Ehrenreich 2002]. Kun retikulocyttallet stiger 29,2 ±10,0 % på den 4. dag efter den sidste dosis af EPO [Ehrenreich 2002]. Denne systemiske administration af EPO har også ført til en 60- til 100-fold stigning i CSF-niveauer og kræver ikke en nedbrydning af blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​[Ehrenreich 2002]. Patienter, der behandles med EPO, har en lavere og tidligere stigning i serum S100 (udskilt af reaktive astrocytter og funktionelle forstyrrelser af membranintegriteten af ​​hjernecellemembranen) og vender derefter tilbage til de normale grænser hurtigere end placebo [Ehrenreich 2002]. Denne tidligere tilbagevenden af ​​serum S100 mod det normale niveau indebærer, at de inflammatoriske processer og/eller BBB-integritet kan forbedres hurtigere ved systemisk EPO-terapi [Ehrenreich 2002]. De gavnlige virkninger på patienter med slagtilfælde fortsætter i 30 dage, især for dem med moderate til svære slagtilfælde [Ehrenreich 2002].

Ved aktivering af endoteliale EPO-receptorer kan det cirkulerende EPO forårsage inflammatoriske veje i cerebrale arterier og svække vasospasme induceret af SAH. In vivo undersøgelser har fundet ud af, at systemisk administration af EPO (i.p. 1000 enheder/kg) umiddelbart efter SAH kan forbedre overlevelse og motoriske funktioner [Buemi 2000]. Den systemiske levering af EPO har den fordel, at det er universelt tilgængeligt for det kapillære endotel i hele hjernen, i modsætning til intraventrikulær injektion, som er meget lokaliseret og ikke praktisk i kliniske omgivelser [Brines 2000]. Fordi koncentrationen af ​​EPO i CSF er uafhængig af serumniveauet og omfanget af BBB-forstyrrelser hos patienter, der lider af aneurysmal SAH, produceres EPO i CSF overvejende af hjernen for at matche dens behov [Springborg 2003]. Derfor kan en tidlig aktivering af endotelial EPO-R være en potentiel terapeutisk strategi, som faktisk er blevet bevist ved en reduktion af S100-protein i CSF (en markør for hjerneskade) og genoprettelse af cerebral autoregulering (i mindst 48 timer) efter systemisk administration af rekombinant humant EPO [Springborg 2002]. Derfor vil 90.000 Iuof epoetin beta blive brugt til at opnå den maksimale effekt på CBF og autoregulering hos disse SAH-patienter, der skal undersøges.

SPØRGSMÅL SOM SKAL BESVARES:

Vi ønsker at behandle følgende hypoteser for SAH-patienter:

1. Systemisk behandling med epoetin beta (90.000 IE) er sikker efter SAH
2. Systemisk behandling med epoetin beta reducerer forekomsten af ​​unormal FV og cerebral autoregulering efter SAH.
3. Systemisk behandling med epoetin beta reducerer forekomsten af ​​akut neurologisk forringelse efter SAH. Hvis primære endepunkter forbedres med epoetin beta-terapi, vil dataene blive brugt til at formulere effektberegningen til design af et fase III klinisk resultatstudie. Vi vil dog vurdere det kliniske resultat ved afslutningen af ​​forsøget og ved udskrivelsen for at påvise enhver indikation af uønsket effekt efter EPO-behandling.

Randomiseringsprocedure:

Efter informeret samtykke vil patienter med angiografi-positiv aneurismal SAH blive randomiseret til at modtage enten intravenøs epoetin beta 30.000 IE eller placebo (0,9 % saltvand) 50 ml/30 min. tre gange i den første uge efter SAH (samlet dosis 90.000 IE). Antallet i hver gruppe vil være 40. Til blinding vil Pharmacy Manufacture Unit (PMU) forberede og nummerere identiske hætteglas indeholdende enten saltvand (0,9 % NaCl) eller epoetin beta rekonstitueret i saltvand. Hætteglassene vil blive tilfældigt tildelt patienter ved tilmelding med indholdet af hvert hætteglas kun kendt af PMU. Forsøgsmedicin vil blive påbegyndt hurtigst muligt inden for 72 timer efter ictus. Da cirka 70 % af aneurismerne vil blive behandlet med åben klipning, og resten med endovaskulær spiral, anser vi ikke behandlingsmetoden for at repræsentere en kontaminerende faktor, men den vil blive inkluderet i den endelige analyse. Placering, størrelse og morfologi af den skyldige aneurisme menes ikke at påvirke resultatet i vores institution.

Efter randomisering og start af forsøgsterapi vil den kliniske behandling af hver patient være rutinemæssig. Arterielt blodtryk vil blive monitoreret kontinuerligt (Finapress eller via radial arteriel linje).

Sikkerhed:

Det fulde blodcelletal, retikulocyttal, blodviskositet, koagulationsprofil, serumbiokemi, serumjernniveauer og C-reaktivt protein (CRP) på indlæggelsestidspunktet vil blive kontrolleret som klinisk rutine. Selvom EPO har virkninger af erytropoiese og trombopoiese, er der ikke observeret associerede forringelser eller bivirkninger ved korttidsbehandling [Ehrenreich 2002]. Men i lyset af eventuelle abnormiteter vil forsøgslægemidlet blive stoppet og sikkerhedsudvalget informeret. Et sikkerhedsudvalg (ledet af Dr. Ken Smith, konsulterende nefrolog) vil gennemgå sikkerhedsdataene med månedlige intervaller eller, hvis der opstår bekymringer, på patient-til-patient-basis.

Primære resultatmål: Vasospasme og abnormiteter i AR:

Forsøgspatienter vil blive undersøgt dagligt med TCD (DWL, Tyskland) ved hjælp af en 2-MHz sonde monteret på en tilsigtet hovedramme i to uger siden SAH ictus. Den systoliske, diastoliske og gennemsnitlige FV vil blive registreret (trans-temporal) af en enkelt bruger (MT). Vasospasme vil blive defineret som middel FV > 120 cm/sek og Lindegaard ratio >3 [Lindegaard 1988]. Regressionsindekset (Mx) mellem middel FV og spontane ændringer i ABP vil blive beregnet. Der udføres to carotiskompressioner af 5 sekunders varighed. Kriterierne for en acceptabel THRT inkluderer et pludseligt fald i den midterste cerebrale arterie FV ved begyndelsen af ​​kompression, et stabilt TCD-signal under kompression og et minimum på 30% fald i FV uden blodtryksustabilitet [Smielewski 1997]. THRT-forholdet (THRR) beregnes ved hjælp af formlen: THRR = FVs (hyperæmi) / FVs (baseline), hvor FVs angiver systolisk FV (Figur 1). THRR er klassificeret som normal (≥l,10) eller svækket (<1,10), og vil blive gentaget 2 minutter senere. Gennemsnitsværdien af ​​de to tests vil blive registreret. Kvalitetsspørgsmål vedrørende THRT-responsen er blevet grundigt evalueret i dette laboratorium [Smielewski 1997].

Sekundære effektmål: Udvikling af DID:

Hver patients kliniske fremskridt vil blive overvåget dagligt. Udviklingen af ​​et fokalt neurologisk deficit og/eller et fald i Glasgow Coma Scale med 2 point eller mere efter vasospasme vil være de kriterier, der anvendes til at definere en episode af DID [Pickard 1989]. Andre faktorer, som kan påvirke bevidstheden, herunder systemisk infektion og infektion i centralnervesystemet, vil blive registreret til endelig analyse. Kliniske resultater vil blive vurderet ved afslutningen af ​​forsøget og på udskrivelsestidspunktet. Varigheder af indlæggelse og NCCU ophold vil blive observeret.

Statistisk analyse:

Analysen vil blive udført ved brug af statistisk software, STATA (Texas, USA). Data vil blive udtrykt som middel±standardafvigelse. Den multivariate analyse vil blive udført på tidspunkterne for vasospasme og unormal AR, som vil blive beregnet som antallet af dage mellem datoen for diagnose af SAH og datoen for den første påvisning af vasospasme og unormal autoregulering med hensyn til variabler, der sandsynligvis vil påvirke deres forekomst: alder, WFNS-grad, Fishers karakter på CT-scanninger og behandlingsprocedurer, intraventrikulær blødning og/eller hydrocephalus ved brug af Cox Proportional Hazards-regression. Målingen af ​​resultatet vil være hazards ratio (HR), som udtrykker sandsynligheden for vasospasme eller unormal autoregulering for en specifik kategori i forhold til placebogruppen. Variabler forbundet med EPO-behandling (hæmatokrit, erytrocyttal, retikulocyttal, trombocyttal, serumjernniveauer og viskositet) vil blive indsamlet. Forbedringen i tilpasning på grund af hver variabel vil blive testet for statistisk signifikans på 5 %-niveauet med sandsynlighedsratio-testen. Testen for afvigelse fra en lineær trend (én frihedsgrad) blev brugt til at vurdere den potentielle lineære trend i visse kategoriske variable. Daglige resultater fra hver patient vil også blive gennemsnittet for at producere en patientorienteret database for at tilfredsstille uafhængighedsantagelsen for lineær regression. Dag-til-dag variationer i parametre vil blive beregnet som standardafvigelsen divideret med gennemsnitsværdien fra alle undersøgelser hos hver patient.

Effektanalyse:

Vores tidligere observationer indikerer, at vasospasme og unormal THRT forekommer hos henholdsvis 64 % og 90 % SAH af patienterne. For at påvise en 50 % reduktion i varigheden af ​​vasospasme eller unormal autoregulering med en styrke på 80 % og et signifikansniveau på 5 % vil vi kræve undersøgelser fra 80 patienter. Dette antal patienter har også en 83 % chance for at påvise en 50 % reduktion i forekomsten af ​​klinisk DID i de første 2 uger efter ictus. Undersøgelsen er ikke drevet til at vise en reduktion i kliniske endepunkter, selvom der vil blive søgt efter tendenser for at identificere eventuelle potentielle bivirkninger.

DETALJER OM EVENTUELLE VANSKELIGHEDER, DER KAN FORUDES

1. Patientrekruttering:

   Den neurokirurgiske enhed i Addenbrookes behandler 80 aneurysmale SAH-patienter om året. Tidligere undersøgelser i vores enhed har vist høj sikkerhed, og vi var den største bidragyder til International Hypothermia for Aneurysm Surgery Trial (IHAST). Vi forudser ikke vanskeligheder med rekruttering.

2. Sikkerhedsproblemer:

   Sikkerheden og effekten af ​​at bruge højdosis intravenøs epoetin beta (100.000 IE) til behandling af humant akut slagtilfælde (inden for 8 timer) er blevet bekræftet [Ehrenreich 2002]. Den terapeutiske margin for EPO er meget bred. Selv ved meget høje serumniveauer er der ikke observeret nogen bivirkninger [NeoRecormon informationsblad, Roche].

3. Vurdering af AR ved hjælp af TCD:

Kvalitetskontrol til THRT-vurdering er blevet grundigt behandlet, undladelse af at gennemføre testen er sjælden [Ratsep 2002]. Forekomsten af ​​signifikant carotis aterosklerotisk sygdom, der udelukker sikker carotis kompression, er mindre end 1% [Lam 2000]. Testen er veltolereret, og vi kender ingen patient, der har anmodet om at trække sig fra undersøgelsen i tidligere undersøgelser på grund af ubehag mv.

FREMTIDIG FORSKNING

Resultater fra dette fase II-studie vil blive brugt til at designe et fase III klinisk resultatforsøg ved hjælp af mekanismen for spontan intrakraniel blødning. Eventuelle potentielle fordele kan ekstrapoleres til andre cerebrovaskulære tilstande, hvor lave CBF-tilstande og tab af autoregulering forekommer (f. akut cerebral vaskulitis).