Defining the roles of adenosine, anesthetics, and selective integrin targeting during leukocyte and platelet activation -A basis for new therapeutic strategies aiming to treat systemic inflammation, ischemia-reperfusion injury and thrombosis
Hematology, Oncology
Cardiology, Angiology
Final Report Abstract
Systemische Inflammationsreaktionen zählen zu den Hauptursachen für Morbidität und Mortalität in der Intensivmedizin. Zu den Ursachen für eine systemische Inflammation zählen schwere Infektionen und Sepsis aber auch nichtinfektiöse Auslöser wie Kontaktaktivierung von Blut durch extrakorporale Zirkulation (EKZ) sowie Ischämie-Reperfusion (IR). Während systemischer Inflammation induzieren proinflammatorische Mediatoren eine Aktivierung und Interaktion von Leukozyten, Thrombozyten und Endothelzellen. Diese Vorgänge können zu einem lebensbedrohlichen Organversagen führen. Entzündungshemmend hingegen wirkt die Ekto-Apyrase CD39, welche den Thrombozytenagonisten Adenosindiphosphat metabolisiert und die Generierung von Adenosin fördert. Adenosin und seine spezifischen Rezeptoren A1, A2A, A2B und A3 modulieren inflammatorische Effekte und spielen eine wichtige Rolle in der Inhibition und Regulation inflammatorischer Vorgänge. Auch volatile Anästhetika wie Sevofluran besitzen das Potential zur Interaktion mit Adenosinrezeptoren, wodurch antiinflammatorische Effekte vermittelt werden können. Das Ziel dieses Projektes war, neue anti-inflammatorische Therapiestrategien durch Applikation von Anästhetika und von Substanzen mit Apyraseaktivität zu entwickeln. Auch sollte der Mechanismus potentieller Anästhetika-assoziierter anti-inflammatorischer Effekte analysiert werden. Zur Untersuchung dieser Fragestellungen wurde in ex vivo Experimenten die Aktivierung humaner Leukozyten und Thrombozyten mittels spezifischer Agonisten sowie mittels Simulierung der EKZ induziert. Um in diesen Experimenten die Aktivierung und Interaktion von Thrombozyten, Granulozyten und Monozyten simultan analysieren zu können, wurde ein neues durchflusszytometrisches Assay entwickelt. Potentielle anti-inflammatorische und organprotektive Effekte von Sevofluran wurden in einem murinen in vivo IR-Modell der Leber untersucht. Zur in vivo Analyse des therapeutischen Effektes von Molekülen mit Apyraseaktivität wurde ein intravitalmikroskopisches Lipopolysaccharid-induziertes Sepsismodell angewandt. Die Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass Sevofluran die Aktivierung von Thrombozyten und Leukoyzten inhibiert sowie die Bildung von Thrombozyten-Granulozyten-Konjugaten (TGK) hemmt. Auch inhibiert Sevofluran während Leber IR die Ausschüttung von Chemokinen, reduziert die TGK Sequestrierung in der hepatischen Mikrozirkulation sowie den IR-assoziierten Organschaden. Weitere Experimente mit A2A-/- und A2B-/- Tieren zeigen, dass der Sevofluran-assoziierte anti-inflammatorische Effekt im Wesentlichen über den Adenosinrezeptor A2B vermittelt wird. Hinsichtlich des anti-inflammatorischen Potentials von Molekülen mit Apyraseaktivität konnte gezeigt werden, dass die Applikation von Apyrase die Ausschüttung von Entzündungsmediatoren, die Aktivierung und Interaktion von Thrombozyzten und Leukoyzten sowie die transendotheliale Migration von Leukozyten inhibiert. Im in vivo Sepsismodell wurde außerdem der Effekt der Substanz targ-CD39 evaluiert. Targ-CD39 ist ein bivalentes Molekül, welches die Apyrasaktivität hochspezifisch an aktivierte Thrombozyten lenkt. Durch den Einsatz von targ-CD39 ließen sich in vivo noch ausgeprägtere anti-inflammatorische Effekte erzielen als durch ungezielte Apyraseapplikation. In Anbetracht der in diesem Projekt nachgewiesenen protektiven Eigenschaften der evaluierten Therapieformen werden weitere Untersuchungen mit diesen Substanzen unter klinischen Studienbedingungen angestrebt. Durch den routinemäßigen klinischen Einsatz einer entsprechenden anti-inflammatorischen Therapieform könnte die mit einer systemischen Inflammationsreaktion assoziierte Morbidität und Mortalität maßgeblich gesenkt werden.
Publications
- (2014). "Inhibition of neogenin dampens hepatic ischemia-reperfusion injury." Crit Care Med 42(9): e610-619
M. Schlegel, T. Granja, S. Kaiser, A. Körner, J. Henes, K. König, A. Straub, P. Rosenberger and V. Mirakaj
(See online at https://doi.org/10.1097/CCM.0000000000000485) - Using six-colour flow cytometry to analyse the activation and interaction of platelets and leukocytes - A new assay suitable for bench and bedside conditions. Thrombosis Research. 2015;136(4):786-96
T. Granja, J. Schad, P. Schüssel, C. Fischer, H. Häberle, P. Rosenberger, A. Straub
(See online at https://doi.org/10.1016/j.thromres.2015.07.009) - (2016). "The neuroimmune guidance cue netrin-1 controls resolution programs and promotes liver regeneration." Hepatology 63(5): 1689-1705
M. Schlegel, D. Köhler, A. Körner, T. Granja, A. Straub, M. Giera, V. Mirakaj
(See online at https://doi.org/10.1002/hep.28347) - Adenosine Receptor Adora2b Plays a Mechanistic Role in the Protective Effect of the Volatile Anesthetic Sevoflurane during Liver Ischemia/Reperfusion. Anesthesiology. 2016;125(3):547-60
T. F. Granja, D. Köhler, J. Schad, C. B. de Oliveira Franz, F. Konrad, M. Hoch-Gutbrod, A. Streissenberger, P. Rosenberger, A. Straub
(See online at https://doi.org/10.1097/ALN.0000000000001234) - „Thrombozyten-spezifische Applikation der ENTPDase1 CD39 inhibiert die Aktivierung und Interaktion von Thrombozyten und Leukozyten im murinen Sepsis Modell“. Leipzig, 15. April 2016, Deutscher Anästhesiekongress
C. Glück; T. Granja; D. Köhler; A. Streißenberger; X. Wang; J. D. Hohmann; K. Peter; P. Rosenberger; A. Straub
