Metylenblått i forskning på hjerneslag og cerebral hypoperfusjon: hva tre modeller faktisk viser

En blokkert arterie, en utsultet cellekultur og en rotte med innsnevrede halsarterier kan høres ut som tre varianter av samme eksperiment. Det er de ikke. Hvert eksperiment stiller et forskjellig spørsmål, og metylenblått gir et forskjellig svar i hvert av dem. Blander man dem sammen, virker litteraturen motstridende. Skiller man dem fra hverandre, trer et tydelig mønster frem, hovedsakelig styrt av tidspunktet.

Dette skillet er hele poenget med denne gjennomgangen. De tre modellene er akutt fokalt hjerneslag, oksygen- og glukosemangel med reoksygenering i dyrkede celler, og kronisk cerebral hypoperfusjon over flere uker. Den foreslåtte mekanismen som knytter dem sammen, er mitokondriell, men resultatene spriker fordi den metabolske konteksten er forskjellig.

De tre modellene besvarer forskjellige spørsmål

Akutt fokalt hjerneslag hos rotter fremkalles vanligvis ved å okkludere den midtre hjernearterien, forkortet MCAO. En blodpropplignende blokkering skaper en iskemisk kjerne omgitt av en penumbra, vev som er truet, men som potensielt kan reddes hvis blodgjennomstrømningen gjenopprettes. Spørsmålet her er om et tiltak bremser infarktveksten eller bevarer funksjon i forbindelse med reperfusjon.

Oksygen- og glukosemangel, forkortet OGD, undersøkes på et helt annet nivå. Dyrkede hjerneceller plasseres i nesten oksygenfrie omgivelser uten glukose og tilbakeføres deretter til normalt dyrkingsmedium. Her finnes ingen blodpropp, ingen kollateral sirkulasjon, intet blodtrykk og intet immunsystem. Spørsmålet er rent cellulært: hva som skjer med respirasjon, ATP og overlevelse når substratene forsvinner og deretter kommer tilbake.

Kronisk cerebral hypoperfusjon fremkalles med permanent bilateral okklusjon av halspulsårene hos rotter, kalt 2VO-modellen. Blodgjennomstrømningen til forhjernen faller og forblir lav i flere uker. Det oppstår ikke noe plutselig fokalt infarkt, og det gjennomføres ingen akutt reperfusjon. Spørsmålet er om flere uker med metabolsk støtte bevarer blodkar, mitokondrier og hukommelse under langvarig lav blodgjennomstrømning.

Bedre hukommelse etter én måneds behandling i 2VO-modellen sier derfor ikke noe direkte om å redde menneskelig hjernevev under en akutt trombektomi. Skillet er viktig fordi de fleste optimistiske oppsummeringer hopper over det.

Akutt hjerneslag: beskyttelse ved reperfusjon, forsinkelse uten

Det tydeligste akutte resultatet kommer fra forbigående MCAO med reperfusjon. Rotter gjennomgikk 60 minutters okklusjon og fikk deretter metylenblått intravenøst i lav dose fra reperfusjonen startet, med ytterligere doser etter 3 timer og på dag 2. MR viste at lesjonen i gruppen som fikk bærerløsning, økte med omtrent 19 prosent frem til dag 2, mens lesjonen i den behandlede gruppen krympet med omtrent 17 prosent. De endelige infarktene var rundt 30 prosent mindre, og skårene på nevrologiske tester var bedre på dag 2 og 7. Bildediagnostikken viste bedre overlevelse av vev både i kjernen og i penumbra. Den bredere litteraturen om nevrobeskyttelse setter denne beskyttelsen ved reperfusjon i sammenheng med funn ved global iskemi og traumer.

Bildet endrer seg når arterien forblir blokkert. I et eksperiment med permanent MCAO bremset metylenblått gitt under pågående iskemi utvidelsen av diffusjonslesjonen og forlenget kortvarig misforholdet mellom perfusjon og diffusjon, med noe bedre lokal blodgjennomstrømning. Det endelige infarktvolumet etter 24 timer var imidlertid ikke signifikant forskjellig. Det forsinket overgangen fra truet vev til infarkt, men kunne ikke erstatte gjenåpning av blodkaret.

En tredje akutt studie gir mer innsikt i mekanisme og dose. En enkelt intraperitoneal dose umiddelbart etter okklusjon ga den største infarktreduksjonen, omtrent 50 prosent, ved en middels dose på 5 mg/kg snarere enn ved 1 eller 10 mg/kg, sammen med bedre sensorimotoriske skårer. Forfatterne knyttet dette til bevart mitokondriestruktur og økt mitofagi, selektiv fjerning av skadede mitokondrier. Dose, administrasjonsvei og doseringsplan har derfor betydning, og mg/kg-verdier hos rotter er ikke doser for hjerneslag hos mennesker.

Cellekultur: samme stoff hjelper eller skader avhengig av når det tilføres

Astrocytteksperimentet er det mest lærerike og det som oftest gjengis feil. Primære astrocytter fra hjernebarken hos mus gjennomgikk 6 timer med alvorlig mangel ved 0.1 prosent oksygen i et medium uten glukose, pyruvat eller serum, etterfulgt av 24 timer med reoksygenering og gjenopprettet substrattilførsel. Omtrent halvparten av cellene døde, noe som gjør det mulig å påvise effekter i begge retninger.

Når metylenblått var til stede under mangelperioden, ble overlevelsen dårligere, ikke bedre. Når det i stedet ble tilført ved reoksygenering, bedret lave mikromolare konsentrasjoner levedyktigheten og økte oksygenforbruket, glukoseopptaket og ATP-produksjonen. Under normale forhold økte de samme konsentrasjonene glukoseopptaket med rundt 89 prosent ved 0.1 mikromolar og omtrent 200 prosent ved 1 mikromolar, med bevart glykogen og heksokinaseaktivitet etter skade og uten noen målt økning i superoksid.

Mekanismen er lettere å forstå gjennom en sammenligning med et reserveaggregat. Metylenblått fungerer som en alternativ elektronbærer som tar imot reduserende ekvivalenter og fører dem videre mot cytokrom c og kompleks IV. Dette støtter elektronstrømmen og ATP-syntesen samtidig som elektronlekkasje tidligere i kjeden reduseres. Under alvorlig mangel er denne stimuleringen en ulempe, fordi den øker det metabolske behovet når oksygen og glukose nesten ikke er til stede, noe som kan tømme de siste reservene raskere. Etter at substrattilførselen er gjenopprettet, blir den samme egenskapen en fordel, fordi den hjelper skadede mitokondrier med å utnytte oksygenet og glukosen effektivt. Derfor må også funn fra forklaringer om mitokondriell elektronoverføring ses i sammenheng med mangeltilstanden.

Et forbehold: denne regelen om tidspunkt gjelder akkurat dette astrocyttoppsettet. En tilhørende cellestudie med en annen celletype, mildere mangel og lavere konsentrasjon fant beskyttelse selv ved eksponering under mangelperioden. Celletype, gjenværende oksygen, konsentrasjon og protokoll avgjør om effekten er positiv eller negativ.

Kronisk lav blodgjennomstrømning: hukommelse, cytokromoksidase og blodkar over flere uker

De kroniske eksperimentene brukte daglig behandling med lav dose i flere uker, ikke en enkelt akutt bolusdose. I den første studien fikk rotter med permanent okklusjon av halspulsårene 4 mg/kg daglig i én måned. Dosene ble gitt etter hver daglige treningsøkt for å rette seg mot konsolidering snarere enn umiddelbar prestasjon. Dyr med okklusjon lærte visuelle diskrimineringsoppgaver langsommere og presterte dårligere på en krevende hukommelsestest, mens svømmeevne, motorisk aktivitet og luktgjenkjenning var upåvirket. Daglig behandling dempet svekkelsen i læring og hukommelse uten å endre generell motorisk atferd.

En oppfølgingsstudie kartla cytokromoksidase, som er mitokondrielt kompleks IV, i 44 hjerneregioner etter det samme behandlingsopplegget på én måned. Okklusjon reduserte enzymaktiviteten i synsbarken, prefrontal og perirhinal hjernebark samt hippocampus og amygdala, og svekket den koordinerte aktiviteten mellom synsbarken og hippocampus. Behandlingen bevarte regional enzymaktivitet og styrket disse metabolske korrelasjonene mellom regioner, og bevart aktivitet korrelerte med bedre oppgaveprestasjon. Disse korrelasjonene beskriver koordinert metabolsk enzymaktivitet, ikke direkte mål på funksjonell konnektivitet hos mennesker. Dette skillet bidrar gjennomganger av hjernens energiomsetning til å tydeliggjøre.

En separat studie over én uke brukte 2 mg/kg daglig og la til en hemmer av signalveien for å undersøke mekanismen. Cerebral blodgjennomstrømning økte fra omtrent 60 til omtrent 100 mL per 100 g per minutt med behandling, og blodkartettheten i hippocampus økte fra omtrent 15.1 til 23 prosent. Begge økningene ble delvis reversert når PI3K/Akt-signalveien for celleoverlevelse ble blokkert, og nivået av fosforylert Akt økte med behandling. Funnene om blodgjennomstrømning, blodkartetthet, barriere og nevroner peker mot nevrovaskulær beskyttelse knyttet til PI3K/Akt-signalering snarere enn en rent metabolsk effekt.

Hvorfor dette ikke tilsvarer akuttbehandling av hjerneslag

Kontrollerte laboratorieforhold er grunnen til at disse resultatene ikke kan overføres direkte. Dyrkede celler har ingen trombe eller farmakokinetikk. 2VO-modellen innebærer langvarig globalt lav blodgjennomstrømning, ikke en plutselig fokal embolus med en penumbra som bare er noen minutter gammel. Selv MCAO hos rotter bruker unge, friske dyr, anestesi, ensartede okklusjoner og nøyaktig tidsbestemt dosering, i motsetning til eldre pasienter med ulike blodpropper, aterosklerose, hypertensjon, diabetes og ukjent tidspunkt for symptomdebut.

Ingen publisert randomisert studie på mennesker har etablert metylenblått som akuttbehandling ved akutt iskemisk hjerneslag. En bildediagnostisk studie på mennesker som noen ganger siteres, inkluderte 26 friske voksne, ikke slagpasienter, og en enkelt oral dose endret oppgaverelaterte hjernesignaler med en liten bedring i gjenhenting fra hukommelsen. Dette viser aktivitet i sentralnervesystemet, ikke effekt ved hjerneslag. Gjeldende retningslinjer for akuttbehandling legger i stedet vekt på rask reperfusjon med intravenøs trombolyse hos egnede pasienter og trombektomi ved egnede okklusjoner i store blodkar. Standard behandlingsforløp ved akutt hjerneslag er fortsatt den eneste dokumenterte tilnærmingen. Behandling ved mistanke om hjerneslag må aldri forsinkes for å gi metylenblått, og de praktiske begrensningene ved ekstrapolering av prekliniske doser forklarer hvorfor doseringsplaner for rotter ikke kan leses som kliniske behandlingsregimer.

Sikkerhetsaspektene understreker denne grensen. Intravenøst metylenblått har en fremhevet advarsel om alvorlig eller dødelig serotonergt syndrom ved kombinasjon med serotonerge legemidler, inkludert SSRI-er, SNRI-er og MAO-hemmere, som mange pasienter i aldersgruppen der hjerneslag forekommer, bruker. Det er kontraindisert ved G6PD-mangel på grunn av risiko for hemolyse. Det hemmer også nitrogenoksidsignalering, noe som øker karmotstand og blodtrykk i enkelte situasjoner. Det bør derfor ikke beskrives bare som et legemiddel som øker blodgjennomstrømningen i hjernen. Det godkjente intravenøse regimet på 1 mg/kg ved ervervet methemoglobinemi er ikke et behandlingsregime for hjerneslag.

Den ærlige oppsummeringen er begrenset, men bygger på reelle funn. I forbindelse med reperfusjon ved forbigående fokal iskemi reduserte metylenblått i lav dose lesjonsutviklingen hos rotter. Ved permanent okklusjon forsinket det infarktutviklingen, men forhindret den ikke. I astrocytter var det skadelig under alvorlig mangel og nyttig ved reoksygenering. Ved kronisk hypoperfusjon bevarte det cytokromoksidase, blodkar og hukommelse over flere uker. Én elektrontransportør, tre kontekster, tre svar.