Mechanisms of anti-apoptotic effects induced by inhalable nanoparticles in neutrophilic granulocytes
Final Report Abstract
Partikuläre Schadstoffe lösen eine von neutrophilen Granulozyten dominierte Entzündungsreaktion in den Atemwegen aus. Bei chronischer Exposition trägt diese Entzündung zur Entstehung von irreversiblen Erkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) oder Lungenfibrose bei. Die Stärke neutrophiler Entzündungsreaktionen wird maßgeblich durch die Lebensdauer der zum Entzündungsherd gewanderten Zellen beeinflusst. Natürlicherweise ist die Lebensdauer von ausgereiften neutrophilen Granulozyten auf einige Stunden bis zu wenigen Tagen beschränkt. Liegen jedoch starke Entzündungsreize vor, so kann das natürliche apoptotische Absterben der Zellen verzögert werden und so eine Verstärkung der Entzündung erreicht werden. Mit dem vorliegenden Forschungsprojekt konnte ein Untersuchungsmodell bestehend aus neutrophilen Granulozyten aus dem Blut von jungen gesunden Spendern etabliert werden. Der entscheidende Befund in diesem Zusammenhang war, dass Zellen, die aus Spenderproben mit leicht erhöhtem Spiegel von Entzündungsfaktoren, insbesondere von C-reaktivem Protein und Myeloperoxidase die Situation von Lungenneutrophilen widerspiegeln. Diese Zellen weisen eine vergleichbare Aktivierung wie in die Lunge eingewanderte neutrophile Granulozyten auf. Mit diesem Modell konnte gezeigt werden, dass ultrafeine Kohlenstoffpartikel als Modellsubstanz für verbrennungsgenerierte Umweltpartikel die Apoptose dieser Zellen deutlich verringern. Als Mechanismus für diese pathogene Zellreaktion konnte die durch reaktive Sauerstoffspezies ausgelöste Veränderung von funktionalen Membranstrukturen der Zellen identifiziert werden. Erste Untersuchungen mit kompatiblen Soluten, die zur Stabilisierung solcher Strukturen in der Lage sind, zeigen, dass sich die Verringerung der Apoptose durch verschiedene derartige Substanzen abmildern lässt. Diese Substanzklasse kommt somit als Strategie der molekularen Prävention in Situationen, in den sich partikuläre Luftverschmutzung (noch) nicht vermeiden lässt, in Frage. Der Befund, dass Spenderzellen nicht generell als Modell zur Untersuchung der verzögerten Apoptose geeignet sind, war unerwartet. Der Effekt wurde erst durch Analyse einer großen Zahl von Spenderproben deutlich ersichtlich. Unvorhergesehene Arbeiten zur Charakterisierung der Spenderzellen (Array-Analysen von Spenderplasma, FACS-Analysen von Oberflächenmarkern der Aktivierung) waren erforderlich. Als Ergebnis liegt nun ein Versuchsmodell vor, das bislang nicht beschrieben ist und in Zukunft die Untersuchung pathogener Mechanismen, die von inhalierten Partikeln in neutrophilen Granulozyten ausgelöst werden, erlaubt. Die erzielten Daten sind umfangreich und vollständig und werden in den kommenden Monaten zur Publikation eingereicht.
