Einzeldosisverabreichung von Alpha-1-Anti-Trypsin zur Linderung von Organverletzungen bei Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen

3 Hintergrund Die Verwendung eines kardiopulmonalen Bypasses (CPB) während einer Herzoperation löst ein generalisiertes unspezifisches systemisches Entzündungsreaktionssyndrom (SIRS) und eine anschließende Aktivierung der Zytokin-, Komplement- und Gerinnungs-Fibrinolyse-Kaskaden aus (1). Bei etwa 11 % der Patienten kann sich SIRS zu einem schweren Multiorganversagen (MOF) verschlechtern, was zu einer Sterblichkeitsrate von 40–98 % führt.

Um die Auswirkungen von SIRS abzuschwächen, wird eine Entzündungsmodulation durch intraoperative Verabreichung entzündungshemmender Substanzen befürwortet. Anschließend konzentrierten sich die Versuche auf Aprotinin, das Proteasen hemmt, die Schlüsselmediatoren im Komplement-, Gerinnungs- und fibrinolytischen System sind. Zu den verwandten entzündungshemmenden Eigenschaften von Aprotinin gehört die Hemmung der Thrombozyten-, Neutrophilen- und Kallikrein-Aktivierung. Als zusätzliche Mechanismen, durch die Aprotinin die Entzündungsreaktion begrenzt, wurden eine Verringerung des Blutverlusts und ein verringerter Bedarf an allogenen Bluttransfusionen vorgeschlagen (2). Die Verwendung von Aprotinin bei Herzoperationen wurde jedoch eingestellt, nachdem alarmierende Ergebnisse in Bezug auf eine höhere Rate an Bypass-Transplantat-Okklusionen und ein insgesamt schlechteres postoperatives Ergebnis erzielt wurden.

Wirkmechanismus von AAT-1:

Ähnlich wie Aprotinin ist α1-Antitrypsin (AAT) ein zirkulierender Serinproteaseinhibitor mit 52 kDa, der als SERPIN-Protein klassifiziert wird. Neben seiner Fähigkeit, Serinproteasen zu hemmen, deuten zunehmende Daten darauf hin, dass AAT-1 unabhängige entzündungshemmende und gewebeschützende Wirkungen besitzt (3). AAT-1 modifiziert die Reifung dendritischer Zellen und fördert die regulatorische T-Zell-Differenzierung, induziert den Interleukin (IL)-1-Rezeptorantagonisten und die IL-10-Freisetzung, schützt verschiedene Zelltypen vor dem Zelltod, hemmt die Aktivitäten der Caspasen 1 und 3 und hemmt die IL-10-Freisetzung. 1 Produktion und Aktivität (4). Im Gegensatz zu klassischen Immunsuppressiva ermöglicht AAT-1 unbeirrte isolierte T-Lymphozyten-Reaktionen (5). Diese Effekte wurden wiederholt bestätigt.

Im Gegensatz zu Aprotinin wird AAT-1 aus menschlichem Plasma hergestellt und weist keine starken gerinnungsfördernden Eigenschaften auf.

AAT-1 in verschiedenen klinischen Umgebungen:

Die zirkulierenden AAT-1-Spiegel steigen während der Akutphasenreaktion um das Vierfache an (3). Patienten mit niedrigen zirkulierenden AAT-1-Spiegeln haben ein erhöhtes Risiko für zerstörerische Erkrankungen der Lunge, der Leber und der Bauchspeicheldrüse, insbesondere Emphyseme (3). Präklinische und klinische Studien haben gezeigt, dass die AAT-1-Therapie für Personen ohne Mangel sicher ist und den Krankheitsverlauf bei Typ-1- und Typ-2-Diabetes, akutem Myokardinfarkt, rheumatoider Arthritis, entzündlichen Darmerkrankungen, Mukoviszidose, Transplantatabstoßung und Transplantation beeinflussen kann versus Wirtskrankheit und Multiple Sklerose (6-17, 32,33,37,38). Die AAT-1-Behandlung hat sich in der Folge von einer Ersatztherapie zu einer potenziellen Behandlung eines breiten Spektrums entzündlicher und immunvermittelter Erkrankungen entwickelt. AAT-1 scheint auch antibakteriell zu sein und Virusinfektionen wie Influenza und das humane Immundefizienzvirus (HIV) zu hemmen (18).

Pharmakokinetische Daten beim Menschen:

Bei Patienten mit AAT-1-Mangel sorgt die intravenöse Verabreichung von AAT-1 in einer Dosis von 60 mg pro kg Körpergewicht dafür, dass die Plasmaspiegel unmittelbar nach der Verabreichung einer Akute-Phase-Reaktion ähneln und ein angemessener Serum-AAT-Spiegel oberhalb der Schutzschwelle (50 mg) erhalten bleibt /dl) eine Woche später (39).

Rationale AAT-1-Dosierung:

Basierend auf früheren Studien und der klinischen Praxis ist die Verabreichung mehrerer intravenöser Dosierungen von 60 mg AAT-1 pro kg Körpergewicht sicher und mit einer geringen Inzidenz gutartiger Nebenwirkungen verbunden.

Aus pharmakokinetischen Studien (39) abgeleitet, ähneln die AAT-1-Plasmaspiegel unmittelbar nach der Verabreichung dieser externen Dosierung einer Akute-Phase-Reaktion. Es wird erwartet, dass die AAT-1-Plasmaspiegel um 30 % sinken und nach Beendigung der CPB allmählich wieder die präoperativen Werte erreicht werden (40).

Risiko/Nutzen der Studie:

Die Rolle von AAT-1 bei der Abschwächung der Entzündungsreaktion wurde nachgewiesen. CPB ist ein starker Stimulator von Entzündungskaskaden und wird mit Blutungsdiathesen und Gerinnungsstörungen in Verbindung gebracht, die möglicherweise zu Organfunktionsstörungen führen können. Bisher wurde die Verabreichung von AAT-1 bei Patienten, die sich einer Herzoperation mit CPB unterziehen, nicht untersucht. Es kann postuliert werden, dass inhärente AAT-1-Effekte schädliche CPB-Effekte ausgleichen können. Dies kann klinisch zu einer verbesserten Erhaltung der Organfunktion, einer Verringerung postoperativer Blutungen und einem kürzeren Krankenhausaufenthalt führen. Die Vorteile anderer Proteaseinhibitoren in entsprechenden Situationen wurden kürzlich nachgewiesen (41–43).

Wie oben erwähnt, gilt die Verabreichung von AAT-1 in verschiedenen klinischen Situationen als sicher und weist eine geringe Nebenwirkungsrate auf (siehe Abschnitt 6.1 – Mögliche Risiken).

4 Methoden 4.1 Hauptziel

1. Bewertung der Wirksamkeit und Sicherheit der präoperativen AAT-1-Verabreichung bei Patienten, die sich einer CABG mit CPB unterziehen.
2. Postoperativer Blutverlust und Organfunktion werden beurteilt.

Bisher liegen keine Daten zu AAT-1-Effekten in den CPB-Einstellungen vor. Die Hauptziele dieser Studie sind die Bewertung entzündungshemmender Wirkungen, der Erhaltung der Organfunktion (1-2) und der Reduzierung des postoperativen Blutverlusts nach Verabreichung von AAT-1 bei Patienten, die sich einer Herzoperation mit CPB unterziehen.

4.2 Feststellung der Studienberechtigung 4.2.1 Einschlusskriterien

1. Männliche/weibliche Patienten im Alter von 40–70 Jahren.
2. Kandidaten für isoliertes CABG mit CPB.
3. Berechnete logistische Euroscore-Risikostratifizierung von 5 % oder weniger.
4. Unterzeichnete schriftliche Einverständniserklärung des Patienten.

4.2.2 Ausschlusskriterien

Begleiterkrankungen, einschließlich:

10. Gerinnungsstörungen 11. Schwere Lungenerkrankung, definiert durch eine Blutsauerstoffsättigung von 90 % oder weniger oder einen FEV1 von weniger als 60 % des vorhergesagten Werts.

12. Nierenfunktionsstörung definiert als Serumkreatininspiegel von mindestens 1,8 mg %, 13. Abnormale Leberfunktionstests 14. Unkontrollierter Diabetes mellitus, 15. Schwere periphere Gefäßerkrankung 16. Früheres zerebrovaskuläres neurologisches Ereignis. 17. Abnormale links- oder rechtsventrikuläre Funktion. 18. Behandlung mit Thrombozytenaggregationshemmern der Warfarin- oder Thienopyridin-Klasse. 4.2.3 Rücktrittskriterien: Patienten behalten sich das Recht vor, jederzeit während der Behandlung unbeschadet aus der Studie auszusteigen.

Bei medizinischer Indikation hat der Hauptprüfer oder der Chirurg das Recht, die Patientenrekrutierung in jedem Stadium der Studie abzubrechen.

Der Abbruch (Nichtabschluss der Studie) wird dokumentiert. Der Grund für den Abbruch wird protokolliert.

Zu den möglichen Ursachen, die zu einem Abbruch führen können, gehören:

• Nebenwirkungen)
• Protokollverletzung
• Der Patient hat seine Einwilligung widerrufen
• Administrative Probleme 4.3 Einschreibung Vor der Teilnahme an dieser Studie holt der Prüfer eine schriftliche entsprechende Genehmigung für das Protokoll und die Einverständniserklärung der Ethikkommission (EC) und anderer lokaler Regulierungsorganisationen ein. Das genehmigte Einverständnisformular wird das EG-Genehmigungsdatum deutlich wiedergeben.

Das Versäumnis, vor dem Eingriff eine unterzeichnete und handdatierte Einverständniserklärung einzuholen, stellt einen Protokollverstoß dar und ist anschließend der Europäischen Kommission zu melden.

4.4 Probanden-Screening Patienten, für die bereits eine isolierte CABG-Operation vorgesehen ist, werden während der präoperativen Wartezeit von einem Mitglied des Forschungsteams betreut (entweder in der Abteilung für Herz-Thorax-Chirurgie, der Abteilung für Kardiologie oder der Abteilung für Innere Medizin). Das Ziel der Studie, der Ablauf und der Anreiz werden jedem potenziellen Teilnehmer von einem Forschungsmitarbeiter erläutert. Zustimmende Probanden werden um eine schriftliche Einwilligung gebeten.

4.4.1 Randomisierung Die Studienteilnehmer werden randomisiert und erhalten entweder eine Einzeldosis AAT-1 60 mg pro kg oder ein Placebo.

4.4.2 Verabreichung von Testmedikamenten: Die Vorbereitung und Dosierung von AAT-1 wird von einem nicht verblindeten Apotheker durchgeführt. Das Medikament wird unmittelbar vor der Verabreichung verdünnt. Die Placebo-Lösung enthält menschliches Albumin, das in Farbe und Konsistenz der AAT-1-Lösung ähnelt. Das Medikament wird 3-5 Stunden vor der Operation (Hautschnitt) verabreicht. Die Verabreichungsrate des Arzneimittels wird 0,04 ml pro kg und Minute (ungefähr 60–80 Minuten) nicht überschreiten. Vitalfunktionen wie Blutdruck, Pulsfrequenz und Körpertemperatur werden entsprechend überwacht.

Die Patienten, das Forschungspersonal, das Laborpersonal und die Datenanalysten bleiben vom Zeitpunkt der Randomisierung bis zur Datenbanksperre für die Identität der Behandlung blind. Im Notfall des Patienten wird mit der Entblindung der Daten begonnen.

Der Apotheker erstellt eine Randomisierungsliste, die jedoch bis zur Entblindung gesichert und vertraulich ist.

4.4.3 Operationstechnik In Übereinstimmung mit unserer Routinepolitik werden Fentanylcitrat (20–50 µg/kg), Midazolam (2–3 mg) und Isofluran (0,5–2 %) zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Anästhesie verwendet.

Nach der standardmäßigen mittleren Sternotomie erfolgt die Beschaffung der Conduits. Es wird eine Heparin-Aufsättigungsdosis verabreicht, um eine durch Kaolin aktivierte Gerinnungszeit (ACT) zu erreichen. Aufsteigende Aorta – Eine Kanülierung des rechten Vorhofs wird durchgeführt, um CPB einzuleiten, und die ACT wird nach 480 Sekunden oder länger überwacht. Für die extrakorporale Zirkulation (kardiopulmonaler Bypass) werden eine Standard-Zentrifugalpumpe und ein Membranoxygenator verwendet. In Übereinstimmung mit der Standardtechnik wird eine systemische aktive Kühlung vermieden und die Kerntemperatur des Patienten bleibt im Bereich zwischen 32 und 37 °C. Distale Anastomosen werden während einer einzelnen Aortenkreuzklemme und einem kardioplegischen Blutstillstand durchgeführt. Proximale Anastomosen werden während der Aortenkreuzklemme durchgeführt. Kalte (10 °C) kardioplegische Blutlösung wird im Verhältnis 4:1 verabreicht. Kardioplegie wird antegrad über die Aortenwurzel mit oder ohne zusätzliche retrograde Verabreichung über den Koronarsinus abgegeben. Nach der kardioplegischen Induktion (10 ml/kg) werden nach Abschluss jeder distalen Anastomose intermittierende Dosen (300–500 ml) verabreicht. Heparin wird nach der Entwöhnung von CPB mit Protaminsulfat im Verhältnis 1:1 umgekehrt.

4.4.4 Datenerfassung Präoperative Daten: Demografische, morphologische und klinische Deskriptoren einschließlich Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index (BMI), Komorbidität der Körperoberfläche (BSA), Euroscore-Risikostratifizierung, Medikamente usw. werden aufgezeichnet. Die präoperative Laboranalyse umfasst ein vollständiges Blutbild, Gerinnungsprofil, Serumkreatininspiegel und Kreatinin-Clearance, Leberfunktionstest und arterielle Blutgastests sowie Serologie für HIV, HCV, HBC. Im Einklang mit unserer Routinepolitik werden alle Patienten einer präoperativen Echokardiographie, Koronarangiographie, Röntgenaufnahme des Brustkorbs, Lungenfunktionstests (Spirometrie) und einer Duplexstudie der Halsschlagader unterzogen.

Den Studienteilnehmern wird eine präoperative Gehirn-MRT zugeteilt; dem unten beschriebenen Protokoll unterzogen.

Intraoperativ: Die Art der Operation wird klassifiziert. Die folgenden Daten werden aufgezeichnet: Heparin-Dosis vor Beginn des Bypasses; Die aktivierte Gerinnungszeit (ACT) zählt während der Operation (vor, während und nach CPB); Operationszeit, Cross-Clamp-Zeit und CPB-Zeit; Anzahl der Versuche zur Entwöhnung von CPB, Art der Inotropika und verwendete Dosierung während der Entwöhnung von CPB; Verwendung von Blutprodukten während der Operation. Vom Chirurgen oder Anästhesisten beobachtete allergische Reaktionen oder unerwünschte Ereignisse werden dokumentiert. Der individuelle Eindruck des Chirurgen hinsichtlich der Blutungsneigung wird erfasst.

Postoperative Organfunktions- und Blutverlustbeurteilung:

Das Auftreten und Ausmaß systemischer Entzündungsreaktionen und Organdysfunktionen werden anhand von Labormarkern erfasst und quantifiziert. Zugehörige Labormarker werden während der Erholungsphase täglich überwacht (auf der Intensivstation und auf der Station). Folgende Organe und entsprechende Marker werden überwacht:

Lungenfunktion: Die Lungenfunktion wird anhand der gemessenen gesamten mechanischen Beatmungszeit, des inspiratorischen Spitzendrucks (PIP), des Plateaudrucks, des physiologischen Totraums sowie der statischen und dynamischen Lungencompliance bewertet. Eine bronchoalveoläre Lavage (BAL) wird 3 Stunden nach der Operation durchgeführt (während der Patient anästhesiert und intubiert ist) und die extrahierte Flüssigkeit wird auf Entzündungsmarker analysiert. Eine DO2-Berechnung [AaDO2 = (713 x FiO2) – (pCO2 / 0,8) – (paO2)] wird täglich gemessen.

Vor und 4 Tage nach der Operation wird ein vollständiger Lungenfunktionstest durchgeführt. Röntgenaufnahmen des Brustkorbs werden von einem unabhängigen Radiologen auf das Auftreten von Atelektasen, Lungenödemen oder Pleuraveränderungen ausgewertet und quantifiziert.

Nierenfunktion: Tägliche Messungen der Urinausscheidung, des Serumkreatininspiegels, der Kreatinin-Clearance und des Albuminspiegels im Urin. Marker für akutes Nierenversagen (AKI) werden auf der Intensivstation untersucht.

Beurteilung einer Hirnverletzung: Der Grad der Schädigung des Gehirns wird anhand der S-100-Proteinspiegel im Plasma gemessen. Die Beurteilung der Schädigung der Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​erfolgt mittels Magnetresonanztomographie (MRT) (siehe Technikprotokoll unten).

Leberfunktion: Tägliche Messungen der Leberenzymwerte im Serum. Herzfunktion: Überwachung der Herzenzymwerte; Bedarf und Umfang der erforderlichen inotropen Behandlung; Auftreten eines Syndroms mit niedrigem Herzzeitvolumen (definiert als systolischer Blutdruck von 90 mmHg oder weniger in Verbindung mit einem zentralvenösen Druck (CVP) von 15 mmHg oder mehr) und Auftreten von Herzrhythmusstörungen. Die transthorakale Echokardiographie-Untersuchung wird am 5. postoperativen Tag durchgeführt und von einem unabhängigen Kardiologen beurteilt.

Blutverlust: Der operative und postoperative Blutverlust sowie der tägliche Hämoglobinspiegel werden überwacht. Es werden täglich Thrombozytenzahlen und Thromboelastogramme durchgeführt. Die Verteilung der Blutprodukte und die insgesamt verabreichte Menge werden täglich aufgezeichnet. Die postoperativen CRP-Werte werden täglich bewertet.

Blutentnahme- und Laboranalysemethoden für Zytokinspiegel:

Zehn ml venöse Vollblut-EDTA-Proben werden zu fünf bestimmten Zeitpunkten aus dem Radialarterienkatheter entnommen: vor Einleitung der Anästhesie, 30 Minuten nach Positionierung der Aortenkreuzklemme und 3, 6 und 9 Stunden nach Positionierung der Aortenkreuzklemme. Die Blutproben werden anschließend 15 Minuten lang bei 4 °C zentrifugiert und das Serum bei -70 °C gelagert. Die Proben werden auf folgende Marker analysiert: Polimorphkernige neutrophile Elastase (PMNE), Interleukin-1α (IL-1α), Interleukin-1ß (IL-1ß), Interleukin-2 (IL-2), Interleukin-4 (IL-4). ), Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-8 (IL-8), Interleukin-10 (IL-10), Interferon-γ (IFN-γ), Tumornekrosefaktor-α (TNF-α), Gefäß Endothelial Growth Factor (VEGF), Monozyten Chemoattractant Protein-1 (MCP-1) und Endothelial Growth Factor (EGF).

Postoperativ werden täglich Blutproben für Thrombozytenzahl, Nierenfunktion, Leberfunktion, CRP-Spiegel S-100-Protein und Troponin entnommen.

Frühe postoperative unerwünschte Ereignisse werden dokumentiert. Dazu gehören 30-Tage-Mortalität, neue neurologische Ereignisse, Myokardinfarkt, Nierenfunktionsstörung, die Notwendigkeit einer erneuten Untersuchung bei Blutungen und tiefe Wundinfektionen im Sternum.

Beurteilung der Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​mittels MRT Die für die Beurteilung der BHS verwendete Bildgebungsmodalität ist ein MRT-Scanner (Philips 3T oder General Electric 1,5T). Das Untersuchungsformat umfasst ein Sichtfeld von 24 cm, 35 zusammenhängende, verschachtelte Schichten mit einer Dicke von 3,5 bis 4 mm und über mehrere Serien hinweg kolokalisiert. Spurengewichtete DWI-Bilder werden bei b=1000 aus einer 13-15-Richtungs-DTI-Sequenz mit einer In-Plane-Auflösung von 2,5×2,5 mm und TR/TE=10s/58ms bei 3T oder TR/TE=10s/72ms bei erhalten 1,5T. T2-FLAIR-Bilder werden mit einer Auflösung in der Ebene von 0,94 × 0,94 erhalten mm, TR/TE=9000/120 ms und TI=2600 ms bei 3T oder TR/TE=9000/140 ms und TI=2200 ms bei 1,5T. (25)