Die Entwicklung eines perfundierten 3D Leber-Gefäß Modells und dessen Einsatz zum Verständnis immunologischer Prozesse in Lebererkrankungen

• The development of a perfused 3D liver sinusoid model and its use to understand immunologic processes durig liver diseases

Frank, Anna Katharina; Tacke, Frank (Thesis advisor); Jahnen-Dechent, Wilhelm (Thesis advisor); Spehr, Marc (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Akutes Medikamenten-induziertes Leberversagen und chronisch entzündliche Fettlebererkrankungen sind eine große Belastung für Patienten, Kliniken und öffentliche Gesundheitssysteme weltweit. Es wurde gezeigt, dass Makrophagen Populationen für das Fortschreiten und die Regeneration dieser Krankheiten wichtig sind. Die genauen Funktionen dieser Zellpopulationen während des Einsetzens von Entzündungskaskaden, während des Fortschreitens der Krankheit und während der Regeneration der Leber sind jedoch umstritten. Die Entwicklung geeigneter in vitro Modelle könnte das Verständnis grundlegender zellspezifischer Mechanismen des Krankheitsverlaufs vorantreiben und zur Entwicklung neuartiger pharmazeutischer Therapien führen. Daher wurde in dieser Arbeit ein neuartiges in vitro Leber-Co-Kultursystem, welches die dreidimensionale Architektur des Leber-Gefäßes der Maus nachahmt, etabliert und auf seinen Nutzen hinsichtlich der Erforschung von Immunmechanismus-Prozessen bei akuten und chronischen Lebererkrankungen getestet. Hepatozyten, Leberendothel-Zellen, Kupfer-Zellen und hepatische Sternzellen wurden aus Maus-Lebern isoliert und in den Bio-Chip ausgesät. Fluoreszenzmikroskopie, Immunfluoreszenz-Färbungen und massenspektrometrische Analysen wurden durchgeführt, um das Überleben und die Funktionalität der kultivierten Zellen zu bestätigen. Als nächstes wurden zwei in vitro Modelle für Lebererkrankungen entwickelt. Akute arzneimittelinduzierte Leber-Toxizität wurde durch Inkubation mit Paracetamol eingeführt, Lebersteatose wurde durch einen Überschuss an freien Fettsäuren im Zellkulturmedium modelliert. Es konnte gezeigt werden, dass im Bio-Chip kultivierte Leberzellen ähnliche Reaktionen auf Leber-toxische Reagenzien und entgegenwirkende Pharmazeutika zeigten, wie in vivo Leberzellen. Als nächstes wurde das Leber-Biochip-Modell auf seinen Wert als Instrument zur Untersuchung Makrophagen-bezogener Immunmechanismen während Lebererkrankungen getestet. Dafür wurde der Einfluss von Monozyten und Kupfer-Zellen auf den Grad der Zellschädigung nach Verabreichung von Leber-toxischen Reagenzien verglichen und in Kontext zu den einzigartigen Zell-Polarisationen gestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Makrophagen-Populationen einen vorteilhaften Einfluss auf den beginnenden Verlauf der Leber-Zellschädigung in vitro haben.

Einrichtungen

• Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften [100000]
• Fachgruppe Biologie [160000]
• [531030-2]