Die Offene Mikroperfusion (OFM) ist eine Methode zur Probenentnahme, die in klinischen und präklinischen Studien zur Arzneimittelentwicklung und Erforschung von Biomarkern Anwendung findet. OFM ist für die kontinuierliche Probenentnahme von Analyten aus der interstitiellen Flüssigkeit (ISF) verschiedener Gewebe konzipiert. Sie bietet direkten Zugang zur ISF durch Implantation eines kleinen, minimal invasiven, membranlosen Katheters mit makroskopischen Öffnungen.M. Bodenlenz, B. Aigner, C. Dragatin, L. Liebenberger, S. Zahiragic, C. Höfferer et al.: Clinical applicability of dOFM devices for dermal sampling. Ski Res Technol Technol. 2013 Nov;19(4), S. 474–483. Dadurch wird die gesamte biochemische Information der ISF, unabhängig von der Molekülgröße, den Proteinbindungseigenschaften oder der Lipophilie der Analyten zugänglich.

OFM ist in der Lage, lipophile und hydrophile Substanzen,T. Altendorfer-Kroath und andere: Comparison of cerebral Open Flow Microperfusion and Microdialysis when sampling small lipophilic and small hydrophilic substances. In: Journal of Neuroscience Methods, Band 311, 2019, S. 394–401. proteingebundene und ungebundene Wirkstoffe,L. Schaupp et al.: Direct access to interstitial fluid in adipose tissue in humans by use of open-flow microperfusion. In: Am J Physiol., Band 276, Nr. 2, S. 401–408.M. Ellmerer, L. Schaupp, GA. Brunner, G. Sendlhofer, A. Wutte, P Wach et al.: Measurement of interstitial albumin in human skeletal muscle and adipose tissue by open-flow microperfusion. In: Am J Physiol – Endocrinol Metab., 2000 Feb;278(2), S. 352–356. Neurotransmitter, Peptide und Proteine, Antikörper,C. Dragatin, F. Polus, M. Bodenlenz, C. Calonder, B. Aigner, KI. Tiffner et al.: Secukinumab distributes into dermal interstitial fluid of psoriasis patients as demonstrated by open flow microperfusion. In: Exp Dermatol., 2016 Feb;25(2), S. 157–159F. Kolbinger, C. Loesche, M-A Valentin, X. Jiang, Y. Cheng, P. Jarvis et al.: β-Defensin 2 is a responsive biomarker of IL-17A-driven skin pathology in patients with psoriasis. In: J Allergy Clin Immunol., 2017 Mar 5;139(3), S. 923–932M. Kleinert und andere: Time-resolved hypothalamic open flow micro-perfusion reveals normal leptin transport across the blood–brain barrier in leptin resistant mice. In: Molecular Metabolism., 13, 2018, S. 77–82. Nanopartikel und Nanoträger, Enzyme und Vesikel zu entnehmen.

Methode Die linearen OFM-Katheter (OFM Probe) werden mit einer physiologischen Lösung (Perfusat) perfundiert, die mit der ISF des umgebenden Gewebes äquilibriert. Die Betriebsflussraten reichen von 0,1 bis 10 μl/min. OFM ermöglicht den ungehinderten Austausch von Substanzen über den offenen Austauschbereich des Katheters. Dieser Austausch von Substanzen zwischen dem Perfusat des Katheters und der umgebenden ISF wird durch Konvektion und Diffusion angetrieben und erfolgt nicht-selektiv in beide Richtungen (Abbildung 1).mini| Abbildung 1: Schematische Darstellung des linearen OFM-Katheters. Austausch von Substanzen erfolgt zwischen dem offenen Austauschbereich des OFM-Katheters und der umgebenden interstitiellen Flüssigkeit.Der direkte Austausch zwischen dem Perfusat des Katheters und der umgebenden Flüssigkeit erlaubt das Sammeln von ISF-Proben aus dem Zielgewebe. Diese Proben können, in regelmäßigen Abständen entnommen und dann einer bioanalytischen Analyse unterzogen werden, um die Überwachung von Substanzkonzentrationen mit zeitlicher Auflösung während des gesamten Zeitraums der Probenahme zu ermöglichen.M. Bodenlenz, C. Dragatin, L. Liebenberger, B. Tschapeller, B. Boulgaropoulos, T. Augustin et al.: Kinetics of Clobetasol-17-Propionate in Psoriatic Lesional and Non-Lesional Skin Assessed by Dermal Open Flow Microperfusion with Time and Space Resolution. In: Pharm Res, 2016;33, S. 2229–2238.M. Bodenlenz, KI. Tiffner, R. Raml, T. Augustin, C. Dragatin, T. Birngruber et al.: Open Flow Microperfusion as a Dermal Pharmacokinetic Approach to Evaluate Topical Bioequivalence. In: Clin Pharmacokinet., 2017 Jan;56(1).M. Bodenlenz, KI. Tiffner, R. Raml, T. Augustin, C. Dragatin, T. Birngruber et al.: Erratum to: Open Flow Microperfusion as a Dermal Pharmacokinetic Approach to Evaluate Topical Bioequivalence. In: Clin Pharmacokinet [Internet], 2017 Jan;56(1), S. 99; PMID 27873172

Die konzentrischen OFM-Katheter arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Das Perfusat wird durch den inneren, dünnen Schlauch zur Spitze des OFM-Katheters gepumpt und tritt hinter dem offenen Austauschbereiches aus. Dort vermischt es sich mit den in der ISF vorhandenen exogenen Substanzen und wird durch den äußeren, dicken Schlauch abgesaugt (Abbildung 2). mini|Abbildung 2: Schematische Darstellung des konzentrischen OFM-Katheters.

Geschichte Der erste OFM-Katheter wurde in einer österreichischen Patentanmeldung von Falko Skrabal im Jahr 1987 beschrieben. In diesem Patent wurde die OFM als eine Vorrichtung beschrieben, die in das Gewebe lebender Organismen implantiert werden kann.F. Skrabal: Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer medizinischen Substanz in lebenden Organismen. AT391998B, 1987 Im Jahr 1992 wurde ein US-Patent angemeldet, das eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer medizinischen Variable im Gewebe lebender Organismen beschreibt.F. Skrabal: Process for determining parameters of interest in living organisms. 5,097, 1992, S. 834. In einem späteren Patent von Helmut Masoner, Falko Skrabal und Helmut List wurde ein linearer Typ des Katheters mit makroskopischen kreisförmigen Öffnungen beschrieben.H. Marsoner, F. Skrabal, H. List: Device for determining at least one medical variable. 5,193, 1993, S. 545. Alternative und aktuelle OFM-Versionen für die dermale Anwendung und die Anwendung im Fettgewebe wurden vom Institut Health der außeruniversitären Forschungsgesellschaft Joanneum Research entwickelt und von Manfred Bodenlenz et al. patentiert.M. Bodenlenz, L. Schaupp: Catheter having an oblong slit. WO 2007/131780 A1, 2007.M. Bodenlenz, C. Hoefferer, T. Birngruber, L. Schaupp: Filament-based catheter. WO 2010/031515, 2010 Durch den Einsatz alternativer Materialien mit geringer Absorption wurde die Herstellung von Kathetern mit Durchmessern von 0,55 mm und Austauschflächen von 15 mm Länge ermöglicht. Für die zerebrale Anwendung wurden spezielle OFM-Katheter von Birngruber et al. patentiert.WO2012156478A1 Zusätzlich wurde ein Patent angemeldet, dass die Handhabung der extrahierten ISF mithilfe einer tragbaren peristaltischen Pumpe in einem Flussbereich von 0,1 bis 10 µl/min und den Betrieb von bis zu drei Kathetern pro Pumpe ermöglicht.M. Bodenlenz, C. Hoefferer, T. Birngruber, R. Schaller, J. Priedl, F. Feichtner, S. Schock, P. Tkaczyk, L. Schaupp: Pump for medical applications. DE102011090210A1, 2011. EP;US;CA; 2011. Patent pending.

OFM-System Es sind derzeit zwei Arten von OFM-Kathetern erhältlich: Lineare OFM-Katheter zur Implantation in oberflächlichen Geweben wie Haut (dermale OFM, dOFM) bzw. subkutanem Fettgewebe (adipose OFM, aOFM) Konzentrische OFM-Katheter zur Implantation in verschiedene Regionen des Gehirns (cerebrale OFM, cOFM)

Anwendungsgebiete mini|Abbildung 3: OFM-System für den klinischen Einsatz bis zu 48 Stunden, bestehend aus Katheter, Schlauch, Beutel für Perfusat, Pumpe und Probensammel­vorrichtung. Alle Produkte sind CE-zertifiziert. OFM wird routinemäßig in der pharmazeutischen Forschung in präklinischen (z. B. in Mäusen, Ratten, Schweinen und Primaten) und in klinischen Studien am Menschen eingesetzt (Abbildung 3). OFM-bezogene Prozeduren wie die Implantation des Katheters oder längere Probenahmen mit zahlreichen Kathetern wurden von den Probanden gut vertragen.M. Bodenlenz, B. Aigner, C. Dragatin, L. Liebenberger, S. Zahiragic, C. Höfferer, T. Birngruber, J. Priedl, F. Feichtner, L. Schaupp, S. Korsatko, M. Ratzer, C. Magnes, T.R. Pieber, F. Sinner: Clinical applicability of dOFM devices for dermal sampling. In: Skin Res. Technol., 2013, 19, S. 474–483.

Dermale OFM (dOFM) mini| Abbildung 4: Linearer aOFM/dOFM Katheter Die dOFM (Abbildung 4) ermöglicht die Untersuchung von Transport von Arzneimitteln in der Haut und deren Penetration in die Haut nach lokaler, topischer oder systemischer Anwendung. Die dOFM wird von der U.S. Food and Drug Administration als neue Methode zur Bewertung der Bioäquivalenz von topischen Arzneimitteln erwähnt.

Die dermale OFM wird verwendet für:

die Durchführung gewebespezifischer Pharmakokinetik- und Pharmakodynamik-Studien mit Arzneimitteln.M. Bodenlenz, C. Höfferer, C. Magnes, R. Schaller-Ammann, L. Schaupp, F. Feichtner, M. Ratzer, K. Pickl, F. Sinner, A. Wutte, S. Korsatko, G. Köhler, F. J. Legat, E. M. Benfeldt, A. M. Wright, D. Neddermann, T. Jung, T. R. Pieber: Dermal PK/PD of a lipophilic topical drug in psoriatic patients by continuous intradermal membrane-free sampling. In: Eur. J. Pharm. Biopharm., Aug. 2012, vol. 81, no. 3, S. 635–641.M. Bodenlenz, C. Höfferer, C. Magnes, Schaller-Ammann R, L. Schaupp, F. Feichtner et al.: Dermal PK/PD of a lipophilic topical drug in psoriatic patients by continuous intradermal membrane-free sampling. In: Eur J Pharm Biopharm., 2012 Aug;81(3), S. 635–641. direkte Vergleichsstudien zur Untersuchung neuartiger topischer Arzneimittelformulierungen. die Beurteilung der Bioverfügbarkeit in der Haut.M. Bodenlenz, KI. Tiffner, R. Raml, T. Augustin, C. Dragatin, T. Birngruber et al.: Open Flow Microperfusion as a Dermal Pharmacokinetic Approach to Evaluate Topical Bioequivalence. In: Clin Pharmacokinet., 2017 Jan;56(1), S. 91–98.M. Bodenlenz, B. Aigner, C. Dragatin, L. Liebenberger, S. Zahiragic, C. Höfferer, T. Birngruber, J. Priedl, F. Feichtner, L. Schaupp, S. Korsatko, M. Ratzer, C. Magnes, T.R. Pieber, F. Sinner: Clinical applicability of dOFM devices for dermal sampling. In: Skin Res. Technol., 2013, 19, S. 474–483. die Untersuchung von hochmolekularen Verbindungen, wie beispielsweise Antikörpern.C. Dragatin, F. Polus, M. Bodenlenz, C. Calonder, B. Aigner, KI. Tiffner et al.: Secukinumab distributes into dermal interstitial fluid of psoriasis patients as demonstrated by open flow microperfusion. In: Exp Dermatol., 2016 Feb;25(2), S. 157–159.

Direkte Vergleichsstudien mit der OFM haben sich außerdem als besonders nützlich für die Bewertung von topischen Generika erwiesen, welche BioäquivalenzM. Bodenlenz, KI. Tiffner, R. Raml, T. Augustin, C. Dragatin, T. Birngruber et al.: Open Flow Microperfusion as a Dermal Pharmacokinetic Approach to Evaluate Topical Bioequivalence. In: Clin Pharmacokinet., 2017 Jan;56(1), S. 91–98. zum Referenz-Arzneimittel aufweisen müssen, um die Marktzulassung zu erhalten.

Zu den Anwendungen der dOFM gehören ex-vivo-Studien mit Gewebeexplantaten sowie präklinische und klinische in-vivo-Studien.

Adipose OFM (aOFM)