Drug-Induced Demyelinating Neuropathies

Integrating distribution kinetics and toxicodynamics to assess repeat dose neurotoxicity in vitro using human BrainSpheres: a case study on amiodarone

For ethical, economical, and scientific reasons, animal experimentation, used to evaluate the potential neurotoxicity of chemicals before their release in the market, needs to be replaced by new approach methodologies. To illustrate the use of new approach methodologies, the human induced pluripotent stem cell-derived 3D model BrainSpheres was acutely (48 h) or repeatedly (7 days) exposed to amiodarone (0.625-15 µM), a lipophilic antiarrhythmic drug reported to have deleterious effects on the nervous system. Neurotoxicity was assessed using transcriptomics, the immunohistochemistry of cell type-specific markers, and real-time reverse transcription-polymerase chain reaction for various genes involved in the lipid metabolism. By integrating distribution kinetics modeling with neurotoxicity readouts, we show that the observed time- and concentration-dependent increase in the neurotoxic effects of amiodarone is driven by the cellular accumulation of amiodarone after repeated dosing. The development of a compartmental in vitro distribution kinetics model allowed us to predict the change in cell-associated concentrations in BrainSpheres with time and for different exposure scenarios. The results suggest that human cells are intrinsically more sensitive to amiodarone than rodent cells. Amiodarone-induced regulation of lipid metabolism genes was observed in brain cells for the first time. Astrocytes appeared to be the most sensitive human brain cell type in vitro. In conclusion, assessing readouts at different molecular levels after the repeat dosing of human induced pluripotent stem cell-derived BrainSpheres in combination with the compartmental modeling of in vitro kinetics provides a mechanistic means to assess neurotoxicity pathways and refine chemical safety assessment for humans.

Medikamentös-induzierte Polyneuropathien durch Chemotherapeutika und Antiinfektiva

Polyneuropathien können durch zahlreiche Wirkstoffe hervorgerufen oder aggraviert werden. Insbesondere die Chemotherapeutika-induzierte Polyneuropathie (CIPN) ist im Alltag von hoher Relevanz. Jedoch kann auch der Einsatz von Antiinfektiva zu neuropathischen Beschwerden führen. Im Folgenden soll ein Überblick über die wichtigsten mit Polyneuropathien assoziierten Wirkstoffe der Substanzklassen sowie die klinischen Charakteristika gegeben werden.

Grundlagen medikamentös-induzierter Polyneuropathien

Zahlreiche Wirkstoffe können mit dem erstmaligen Auftreten oder dem Fortschreiten neuropathischer Symptome in Verbindung gebracht werden. Insbesondere im Kontext der modernen Polypharmazie kommt medikamentös-induzierten Polyneuropathien eine besondere Bedeutung zu. Die Schädigungsmechanismen und individuellen Risikofaktoren sind vielfältig. In den meisten Fällen resultiert eine längenabhängige, axonale Polyneuropathie mit vorwiegend sensiblen Symptomen. Grundlegende Kenntnisse darüber, welche Arzneimittel mit dem Auftreten einer Polyneuropathie assoziiert sind, können dazu beitragen, das Auftreten dieser Nebenwirkung frühzeitig zu erkennen. Die Verordnung entsprechender Medikamente sollte vermieden werden, wenn das Risiko für den einzelnen Patienten als zu hoch eingeschätzt wird. Unter Therapie sind regelmäßige Kontrolluntersuchungen nötig, um bei neuauftretenden oder zunehmenden Symptomen die Therapie so früh wie möglich anpassen oder absetzen zu können. Die Prognose ist dann meist gut.