Immunsystem

P4

Charakterisierung der Wechselwirkung von bakteriellen Faktoren und Wirtszellen während der systemischen Inflammation zur Sepsisprognose

Projektleitung

KFO 342 Principal investigator Dr. med. Stefanie Kampmeier

Prof. Dr. med.

Stefanie Kampmeier

Kontakt

KFO 342 Principal investigator Prof. Dr. med. Philipp Kümpers

Prof. Dr. med.

Philipp Kümpers

Kontakt

Univ.-Prof. Dr. med.

Alexander Mellmann

Kontakt

Zusammenfassung

Sepsis kann aufgrund einer gestörten Wirtsreaktion zu einer lebensbedrohlichen Organfunktionsstörung führen. Leider hat sich gezeigt, dass kein Biomarker in der Lage ist den sich schnell verändernden Status eines potenziell septischen Patienten angemessen zu erfassen und eine mögliche Organfunktionsstörung vorherzusagen. Daher möchten wir uns in diesem Projekt auf die frühen physikalischen Veränderungen und zellulären Effekte als Gesamtheit der komplexen Wirtsreaktionen konzentrieren, anstatt einzelne Marker zur Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Wirt in den frühen Stadien der Sepsis zu untersuchen. Hierfür werden wir die digitale holographische Mikroskopie (DHM) einsetzen. Sie ermöglicht eine minimalinvasive, hochauflösende quantitative Phasenkontrast-Bildgebung von lebenden Zellen für die Charakterisierung physikalischer Veränderungen von Lymphozyten und Endothelzellen im septischen Zustand. DHM kann in Zeitrafferuntersuchungen schnelle morphologische Veränderungen detektieren und erfasst physikalische Zellparameter wie Volumen, Brechungsindex und Trockenmasse. Diese Parameter können beispielsweise auf Prozesse des Zelltods hinweisen. Darüber hinaus wollen wir mithilfe der Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy – AFM) nano-mechanische Veränderungen der endothelialen Glykokalyx (eGC) analysieren, einer bis zu 3 μm dicken gelartigen Schicht, die die innere Oberfläche des gesamten Gefäßendothels bedeckt. Die eGC spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase der Mikrozirkulation und wird bei Patienten mit systemischer Entzündung und Sepsis abgebaut.

Picture with four areas. Top left shows doctors talking to a patient. Top right shows a schematic description. Lower left and right show microscope images.

GlycoCheckTM System. (A) Das GlycoCheckTM System besteht aus einer Nebenstrom-Dunkelfeldkamera (sidestream-darkfield (SDF)) mit Verbindung zu einem Notebook. (B) Schematische Darstellung des Querschnitts eines Blutgefäßes. GlycoCheckTM bestimmt die dynamische laterale Bewegung in die Glykokalyx. Dies wird als Dicke der durchbluteten Grenzregion (perfused boundary region (PBR)) angegeben. (C) Beispielhafte Darstellung der sublingualen Mucosa, aufgenommen mit der SDF Kamera. (D) Qualitätsanalyse der GlycoCheckTM software. Ungültige Gefäßsegmente werden gelb markiert und automatisch verworfen, während alle gültigen Segemente (grüne Linien) weiter analysiert werden.  RBC: red blood cell, RBCW: red blood cell width.

Als erstes Ziel möchten wir DHM und AFM verwenden, um die Reaktion der Wirtszellen in vitro zu charakterisieren, wobei der Schwerpunkt auf morphologischen / physikalischen Veränderungen der Lymphozyten und der Schädigung der eGC liegt. Wir nehmen an, dass die Reaktion der Wirtszellen von qualitativen und quantitativen Unterschieden der bakteriellen Faktoren abhängt und dass diese Reaktionen den Beginn und den Schweregrad einer dysregulierten Wirtsantwort ankündigen. Unser zweites Ziel ist unsere Ergebnisse auf das menschliche System zu übertragen und zelluläre Veränderungen von Spenderlymphozyten und Endothelzellen zu untersuchen, die Blutproben von Patienten mit bestätigter mikrobieller Sepsis ausgesetzt werden. Die Proben stammen aus der EDGE-Studie dieses Konsortiums (Early Detection of Glycocalyx Damage in Emergency Room Patients; Clinicaltrial.gov #: NCT03126032). Darüber hinaus werden wir prospektiv die sublingualen eGC Dimensionen mithilfe der Intravitalmikroskopie (GlycoCheckTM) messen und Lymphozyten für die Analyse mittels DHM isolieren, die von Patienten stammen, die in unsere Notaufnahme mit Verdacht auf eine Infektion eingeliefert werden. Unser Ziel ist es, spezifische DHM Muster und sublinguale eGC Werte zu identifizieren und zu validieren, um ein bevorstehendes septisches Organversagen (insbesondere Niere und Lunge) und klinisch relevante Endpunkte frühzeitig vorherzusagen. Schließlich werden wir unsere Ergebnisse in einer zweiten prospektiven Studie validieren, in der Patienten mit Verdacht auf eine Infektion, die einen Krankenhausaufenthalt erfordert, mit GlycoCheckTM bzw. DHM auf eGC-Veränderungen und morphologische Veränderungen von Lymphozyten untersucht werden.

Projektteam

Kari Lavinia vom Werth

Kontakt

Marc-David Künnemann

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Dr. med.

Alexandros Rovas

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