Erkennung und Differenzierung von Schaummakrophagen in der pharmazeutischen Entwicklung durch Multi-Parameter In-Vitro-Assay

Bei der Entwicklung von inhalativen Therapien zur Behandlung von Lungenerkrankungen verursacht ein bedeutender Anteil der neu entwickelten Wirkstoffe ungeklärte Effekte auf die Bildung von Alveolarmakrophagen in Tierversuchsstudien. Eines der häufigsten Erscheinungen ist eine erhöhte Anzahl an Schaummakrophagen in der Lunge.
Der Überbegriff "Schaummakrophagen" bezeichnet vakuolisierte Makrophagen, die neben der Lunge auch in vielen anderen Organen zu finden sind (Abb. 1). Sie werden durch unterschiedliche Mechanismen erzeugt, z.B. durch arzneimittelinduzierte Phospholipidose. Postuliert wird, dass die Anwesenheit von schwerlöslichen Wirkstoffpartikeln in der Lunge eine temporäre und lokale Anhäufung von Makrophagen verursacht, welche dann durch die vermehrte Phagozytose dieser Feststoffpartikel Vakuolen bilden. Da unklar ist, ob Schaummakrophagen einen negativen Einfluss auf die Lungengesundheit haben, wird die Entwicklung von Wirkstoffen, die diese Erscheinung zeigen, meist nicht weiter verfolgt.

Wichtig für die rationale Beurteilung möglicher toxikologischer Risiken ist ein besseres Verständnis der Biologie von Schaummakrophagen sowie ein In-vitro-Screening für die frühe Entwicklungsphase. Mit einem solchen Screening könnten problematische Wirkstoffe schon vor der Tierversuchsphase aussortiert und damit die Anzahl an Tierversuchen effektiv und langfristig reduziert werden.
Zur Lösung dieser Problematik wurde mit "FoMac" (Abk. für "foamy macrophages") ein Multi-Parameter In-vitro-Assay entwickelt, mit dessen Hilfe die Erzeugung von arzneimittelinduzierten Schaummakrophagen identifiziert und charakterisiert kann. Dabei werden unterschiedliche zelluläre Parameter vor und nach Arzneimittelbehandlung quantitativ erfasst. Diese können Auskünfte über die jeweiligen Entstehungsmechanismen (Identifizierung) und potenziellen pathologischen Effekte (Charakterisierung) geben (Abb. 2).

Durch die Verwendung gängiger Instrumente kommt es bei der Implementierung dieser Methode zu keinen zusätzlichen Investitionskosten. Zudem kann der FoMac-Assay durch eine Kombination von Fluoreszenzsonden für unterschiedliche Biomarker beliebig erweitert werden, um fortlaufend neue Erkenntnisse in der Makrophagenbiologie zu gewinnen.