A murine two-hit model to investigate the early time-course of inflammation in acute respiratory distress syndrome

• Ein Mausmodell zur Untersuchung des frühen Zeitverlaufes der Entzündung im akuten Lungenversagen

Kanzler, Stephanie Sarah; Uhlig, Stefan (Thesis advisor); Pradel, Gabriele (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Das akute Lungenversagen (engl. acute respiratory distress syndrome (ARDS)) wurde erstmals 1967 beschrieben und ist ein klinisches Syndrom, das durch eine akute Hypoxämie und beidseitige Infiltrate in der Lunge, welche nicht durch ein Herzversagen oder eine Hypervolämie erklärt werden können, gekennzeichnet. Trotz mehr als 50 Jahren Forschung sind die Therapiemöglichkeiten noch immer begrenzt und die Mortalität bleibt mit etwa 40 % sehr hoch. Obwohl präklinischen Studien vielversprechende Ergebnisse erzielten, konnte bisher keine klinischen Studie ein Nutzen von pharmakologischen Therapien für menschliche ARDS-Patienten nachweisen. Deshalb konzentrieren sich aktuelle Diskussionen auf die Existenz verschiedener Subphänotypen innerhalb von ARDS-Patienten mit dem Ziel, klinische Studien sowie pharmakologische Therapien für jeden Patienten individuell zu entwickeln. Daher war das erste Ziel der vorliegenden Studie die Entwicklung eines Mausmodells unter besonderer Berücksichtigung der Etablierung eines hypo- und hyperinflammatorischen Subphänotyps des experimentellen ARDS. Des Weiteren zielte die vorliegende Studie darauf ab, die hyperinflammatorische Reaktion im Detail zu charakterisieren, um mit Hilfe des etablierten Modells wichtige Entzündungsmediatoren zu identifizieren. Das Mausmodel des experimentellen ARDS, bestehend aus einer intratrachealen Instillation von Lip-opolysacchariden (LPS) mit anschließender schädigender mechanischer Beatmung, wurde erfolgreich etabliert. Mildes und moderates experimentelles ARDS wurde durch verschiedene Dosen von LPS induziert, und physiologische Parameter sowie die Entzündungsreaktion wurden detailliert charakterisiert und als hypo- und hyperinflammatorische Subphänotypen des experimentellen ARDS identifiziert. Um das experimentelle ARDS-Modell weiter zu optimieren, wurde das Management von Kohlendioxid (CO2) bei Mäusen durch die Entwicklung eines Beatmungsadapters optimiert und die Methode der Durchflusszytometrie etabliert, um die Entzündungsreaktion im Detail zu charakterisieren. Das gut etablierte Mausmodell des ARDS wurde dann verwendet, um die hyperinflammatorische Reaktion in einer frühen Phase des Syndroms im Detail zu charakterisieren. Die Analyse von 21 verschiedenen Entzündungsmediatoren in der bronchoalveolären Lavage-Flüssigkeit zeigte signifikant erhöhte Spiegel von Interleukin-6 (IL-6), Chemokin (C-X-C motif) Ligand (CXCL) 1 und 2 (CXCL1 und CXCL2 stellen die murinen Homologe von humanem Interleukin 8 (IL-8) dar). Da diese Mediatoren in der klinischen Praxis als Biomarker für ARDS verwendet werden, deuten diese Daten auf einen hohen Grad der Übertragbarkeit auf die menschliche Situation hin. Darüber hinaus wurden zwei Mediatoren, nämlich CC-Chemokin-Ligand 2 (CCL2) und Granulozyten-Kolonie-stimulierende Faktor (G-CSF), als die wichtigsten Entzündungsmediatoren der hyperinflammatorischen Reaktion identifiziert, was darauf hindeutet, dass die Rekrutierung von Neutrophilen sowie ihre Lebensdauer in der Lunge die kritischsten Merkmale bei der fatalen Progression des Syndroms im hyperinflammatorischen Subphänotyp des experimentellen ARDS sind. Abschließend lässt sich festhalten, dass ein valides Mausmodell, insbesondere des hyperinflammatorischen Subphänotypen des experimentellen ARDS, erfolgreich etabliert wurde. Die Entzündungsmediatoren CCL2 und G-CSF erwiesen sich als spezifisch für die hyperinflammatorische Reaktion. Aus diesem Grund sollte ihr Potenzial als Biomarker für die Identifizierung des hyperinflammatorischen Subphänotyps des ARDS und als potenzielles Ziel für pharmakologische Interventionen in einer sehr frühen Phase des ARDS in weiteren Studien detailliert untersucht werden.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Zelluläre und Angewandte Infektionsbiologie [164020]
• [528500-2]