Analyse extrazellulärer Vesikel in Zusammenhang mit der ARDS-Induktion im Polytrauma-Großtiermodell

Hauser, Anna-Lena; Simon, Tim-Philipp; Hildebrand, Frank

doi:10.18154/RWTH-2022-03706

Analyse extrazellulärer Vesikel in Zusammenhang mit der ARDS-Induktion im Polytrauma-Großtiermodell = Analysis of extracellular vesicles in relation to ARDS induction in a multiple trauma large animal model

Hauser, Anna-Lena^RWTH*

2022 & 2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Anna-Lena Hauser

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2023

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Hildebrand, Frank (Thesis advisor)^RWTH* ; Simon, Tim-Philipp (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-02-03

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-03706
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/844175/files/844175.pdf

Einrichtungen

Klinik und Lehrstuhl für Orthopädie, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie (533500-3 ; 931510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
ARDS (frei) ; EV (frei) ; Inflammation (frei) ; Makrophagen (frei) ; Mikrovesikel (frei) ; Polytrauma (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Analyse extrazellulärer Vesikel in Zusammenhang mit der ARDS-Induktion im Polytrauma-Großtiermodell-Hintergrund: In Deutschland erleiden pro Jahr mehr als 30.000 Patienten ein Polytrauma. Aufgrund diverser komplexer und noch immer nicht vollständig verstandener immunologischer Zusammenhänge sind diese Patienten prädisponiert für die Entwicklung eines primären oder sekundären Acute Respiratory Distress Syndroms (ARDS), das mit einer hohen Letalität einhergeht. In den letzten Jahren gewannen extrazelluläre Vesikel (EV) als interzellulärer Transport- und Kommunikationsweg zunehmend an Aufmerksamkeit. Insbesondere ihre Wirkung auf Alveolarmakrophagen (AM) stellt einen interessanten neuen Ansatz in der Erforschung der Pathogenese und daraus resultierender, möglicher Therapieoptionen des ARDS dar. Material & Methoden: In einem porcinen Großtiermodell wurde ein Polytrauma induziert (Thoraxtrauma, hämorrhagischer Schock (MAP 35 ±5 mmHg), Tibiafraktur, Leberlazeration), welches streng analog zur klinischen Realität therapiert wurde. 72 Stunden nach Traumatisierung wurden Plasmaproben entnommen, aus denen Exosomen und Mikrovesikel (MV) via sequentieller Zentrifugation isoliert wurden. Anschließend wurden diese in Bezug auf ihre Größen und Konzentrationen mit Hilfe von Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) charakterisiert. Das endogene Potential der MV wurde im Zellversuch an einer porcinen AM-Zelllinie (3D4/31, ATCC, USA) untersucht. Dazu wurden Interleukin-6-, -8-, -10- und NF-κ-B-Konzentrationen im Zelllysat an verschiedenen Zeitpunkten mittels ELISA gemessen. Ergebnisse: Die Applikation eines Polytraumas führte zu einer Dysbalance der zellulären Homöostase, ohne dass signifikante Unterschiede hinsichtlich der Größe oder Konzentration der EV zwischen Trauma- und Shamgruppe bestanden. Zusätzlich zeigte sich, dass MV aus der Shamgruppe das endogene Potential besitzen, in AM ein anti-inflammatorisches Zytokinprofil mit elevierten IL-10-Spiegeln zu induzieren. Die Inkubation von AM mit MV aus der Traumagruppe hingegen resultierte in erhöhten IL-6 sowie NF-κ-B-Konzentrationen und vermittelte somit einen pro-inflammatorischen Effekt. Schlussfolgerung: Systemische MV sind ein möglicher Translationsmechanismus zwischen dem systemischem Entzündungsreiz eines Polytraumas und der pulmonalen Schädigung im Rahmen eines ARDS, da sie das Potential zur Beeinflussung der AM hinsichtlich ihrer Funktionalität, insb. ihrer Aktivierung, besitzen. Ein zukünftiger therapeutischer Einsatz ist denkbar.

Analysis of extracellular vesicles in relation to ARDS induction in a multiple trauma large animal model background: In Germany, more than 30,000 patients suffer from multiple trauma per year. Due to diverse complex and still not fully understood immunological correlations, these patients are predisposed to the development of primary or secondary Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS), which is associated with high lethality. In recent years, extracellular vesicles (EV) have gained increasing attention as a means of intercellular transport and communication. In particular, their effect on alveolar macrophages (AM) represents an interesting new approach in the study of the pathogenesis and resulting potential therapeutic options of ARDS. Material & Methods: Polytrauma was induced in a porcine large animal model (thoracic trauma, hemorrhagic shock (MAP 35 ±5 mmHg), tibial fracture, liver laceration), which was treated strictly analogous to clinical reality. Plasma samples were collected 72 hours after trauma, from which exosomes and microvesicles (MV) were isolated via sequential centrifugation. These were then characterized in terms of their sizes and concentrations using nanoparticle tracking analysis (NTA). The endogenous potential of MV was investigated in cell experiments using a porcine AM cell line (3D4/31, ATCC, USA). For this purpose, interleukin-6, -8, -10 and NF-κ-B concentrations in the cell lysate were measured at different time points by ELISA. Results: Application of multiple trauma resulted in a dysbalance of cellular homeostasis, with no significant differences in EV size or concentration between trauma and sham groups. In addition, MV from the Sham group were shown to have the endogenous potential to induce an anti-inflammatory cytokine profile with elevated IL-10 levels in AM. In contrast, incubation of AM with MV from the trauma group resulted in elevated IL-6 as well as NF-κ-B levels, thus mediating a pro-inflammatory effect. Conclusion: Systemic MV are a possible translational mechanism between the systemic inflammatory stimulus of multiple trauma and pulmonary injury in the setting of ARDS, as they have the potential to influence AM with respect to their functionality, esp. their activation. A future therapeutic application is conceivable.

OpenAccess:
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