Parenterales Eisen: Biochemische Grundlagen und Sicherheit

Eisen ist für alle Lebewesen notwendig, es kann aber mit Sauerstoff reagieren wobei toxische Radikale entstehen können. In der Zelle ist Eisen in Enzymen im aktiven Zentrum gebunden, oder es wird in Ferritin gespeichert, im Plasma ist es an das Transportprotein Transferrin gebunden. Sowohl in seiner Transport- als auch in seiner Speicherform ist das Eisen nicht redox-reaktiv. Abweichungen von der Eisenhomöostase in beide Richtungen haben schwerwiegende Folgen, einerseits Eisenüberladung und andererseits Eisenmangel. Nicht Transferrin gebundenes Eisen (NTBI, non transferrin bound iron) findet man im Plasma unter anderem bei pathologischen Zuständen mit Eisenüberladung, wie zum Beispiel der Hämochromatose oder auch bei Patienten mit Anämien als Folge eines chronischen Nierenversagens (end stage renal disease, ESDR), die eine Kombinationstherapie von rekombinantem humanem Erythropoetin (rhEPO) und parenteralem Eisen erhalten. In diesem Projekt werden wir eine Methode etablieren, mit der es möglich ist den NTBI-Gehalt im Plasma von gesunden und ESDR-Patienten im klinischen Routinelabor genau zu bestimmen. Die erhaltenen Daten werden gesammelt und in Zusammenarbeit mit anderen Zentren einer BIOMED--Studie evaluiert. Über den Stoffwechsel und was letztlich mit den parenteralen Eisenpräparaten nach der Infusion passiert gibt es bislang nur unzureichende Informationen. Ziel dieses Projekts ist es daher auch den Transport und das weitere Schicksal der Eisenpräparate in kultivierten Zellen bei Bedingungen, die während einer Eisen-Therapie herrschen zu untersuchen. Dabei werden quantitative Messungen der Expression, der Aktivität und der Lokalisation von Proteinen die im Eisenstoffwechsel involviert sind (DMT-1, SFT, Ferritin, Transferrin-Rezeptor, IRP) nach Eisendepletierung und Eisenbeladung mit parenteralen Eisenpräparaten durchgeführt. Diese Effekte werden mit jenen verglichen, die durch oxidativen Stress hervorgerufen werden. In parallelen Versuchsansätzen wird der intrazelluläre labile Eisenpool (LIP, labile iron pool) mittels Fluoreszenzlöschung von Calcein gemessen werden. Die zu erwartenden Ergebnisse eröffnen den klinischen Labors die Messung eines neuen Parameters um Patienten während parenteraler Eisentherapie zu überwachen, mit dem Ziel eine sicherere Dosierung zu finden und mehr Informationen über den Metabolismus von parenteralen Eisenpräparaten zu erhalten.

Eisen ist für alle Lebewesen notwendig, es kann aber mit Sauerstoff reagieren wobei toxische Radikale entstehen können. In der Zelle ist Eisen in Enzymen im aktiven Zentrum gebunden, oder es wird in Ferritin gespeichert, im Plasma ist es an das Transportprotein Transferrin gebunden. Sowohl in seiner Transport- als auch in seiner Speicherform ist das Eisen nicht redox-aktiv. Abweichungen von der Eisenhomöostase in beide Richtungen haben schwerwiegende Folgen, einerseits Eisenüberladung und andererseits Eisenmangel. Nicht-transferrin gebundenes Eisen (NTBI, non transferrin bound iron) findet man im Plasma unter anderem bei pathologischen Zuständen mit Eisenüberladung, wie zum Beispiel der hereditären Hämochromatose oder auch bei Patienten mit Anämie als Folge eines chronischen Nierenversagens (end-stage renal disease, ESRD), die eine Kombinationstherapie von rekombinantem humanem Erythropoietin (rhEPO) und intravenösen (iv.)Eisenpräparaten erhalten. Bisher wurde allgemein angenommen, dass diese Eisenpräparate rasch von den Zellen des retikulo-endothelialen Systems aufgenommen werden und dass das Eisen in Ferritin gespeichert und anschließend, entweder durch Abbau des Ferritins oder direkt an Transferrin gebunden, zum Erythron transportiert wird, wo es während der Erythropoese für die Hämoglobinsynthese gebraucht wird. In Experimenten mit Leberparenchymzellen und humanen HepG2-Zellen konnten wir jedoch zeigen, dass nicht nur die Makrophagen des retikulo-endothelialen Systems parenterale Eisenpräparate aufnehmen können, sondern dass auch die Leber ein mögliches Ziel für iv. Eisen darstellt. Unsere Studien haben gezeigt, dass alle in klinischer Verwendung befindlichen intravenösen Eisenpräparate den chelatierbaren labilen Eisenpool (labile iron pool, LIP) in Leberparenchymzellen erhöhen, wobei zwischen der verwendeten Konzentration an parenteralem Eisen und dem Auftreten von potentiell toxischem intrazellulärem Eisen (LIP) eine biochemische Korrelation besteht. Untersuchungen an radioaktiv markierten intravenösen Eisenpräparaten (Eisensaccharat) und unter Verwendung verschiedener Methoden der native (Gradienten)-Gelelektrophorese haben gezeigt, dass Plasmaproteinbindung die Eisenaufnahme wesentlich beeinflusst.