EndOxy in Flame – Einfluss einer Biohybriden Lunge auf entzündliche Signalwege und Wechselwirkungen zwischen Immunsystem und Endothelzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Jockenhövel; Professor Dr. Klaus Tenbrock
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447717028

Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) stellt eine adäquate Therapie für die Behandlung des akuten Lungenversagens dar. Auch bei chronischem Lungenversagen könnte die ECMO eine Anwendung finden – vorausgesetzt, die Limitationen, die derzeit einen (implantierbaren) Lungenersatz verhindern, werden überwunden. Ein Beispiel für das akute Lungenversagen ist das akute Atemnotsyndrom (ARDS), bei dem die ECMO als Überbrückungsverfahren bis zur Erholung des Patienten eingesetzt wird, während die Chronisch Obstruktive Lungenerkrankung (COPD) die Hauptursache für das chronische Lungenversagen darstellt. Letzteres erfordert einen (implantierbaren) Lungenersatz als langfristige Behandlungsalternative.Der langfristige Einsatz von ECMO-Systemen und ihre Entwicklung hin zu einem implantierbaren Lungenersatz wird jedoch primär durch das Versagen des Oxygenators begrenzt. Dies wiederum ist auf die schlechte Hämokompatibilität der Gasaustauschmembranen zurückzuführen, die in direktem Kontakt mit dem Blut stehen. Infolgedessen führt eine unspezifische Proteinbindung an die Gasaustauschmembran zu einer signifikanten Abnahme der Gasaustauschleistung, sodass ein Austausch der Geräte nach Tagen bis wenigen Wochen erforderlich wird. Darüber hinaus löst die Fremdoberfläche eine systemische Entzündungsreaktion mit noch undefinierten Folgen für den menschlichen Körper aus. Die Beschichtung der Gasaustauschmembranen mit Endothelzellen (die sogenannte Endothelialisierung) ist ein vielversprechender Ansatz zur Überwindung dieser Einschränkungen und kann somit den Weg zum implantierbaren Lungenersatz ebnen. Eine funktionale Endothelzellschicht fungiert hierbei als natürliche Schnittstelle zur Blutphase. Jedoch ist die Rolle der Endothelialisierung in solchen biohybriden Systemen im Hinblick auf akute und chronische Entzündungsreaktionen derzeit noch nicht bekannt. Ebenso ist die Reaktion der Endothelialisierung auf leichte Entzündungsreaktionen bei COPD und hochgradige Entzündungen bei ARDS oder COPD-Exazerbationen unbekannt.Ziel des Projektes ist es daher, die gegenseitigen Einflüsse und Wechselwirkungen der Endothelzellen mit peripherem Blut unter homöostatischen sowie geringfügigen und hochgradigen Entzündungsreaktionen zu untersuchen. Um die entzündlichen Eigenschaften zu bewerten, werden wir (i) durchflusszytometrische Analysen früher Signalereignisse in Kombination mit (ii) transkriptomischen Analysen isolierter Blutzellen sowie Endothelzellen während der extrakorporalen Zirkulation in miniaturisierten biohybriden Lungenmodellen durchführen. Dies wird zur Identifizierung von Signalwegen führen, die (iii) auf Proteinebene verifiziert und von kleinen Molekülen gezielt angesteuert werden können. Die Kombination dieser Methoden wird neue Erkenntnisse über die Eignung biohybrider Systeme bei akuten und chronischen Erkrankungen liefern und mögliche neue Signalwege identifizieren, die mit pharmazeutischen Behandlungsmethoden gezielt angegangen werden können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2014: Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge
• Mitverantwortlich: Dr. Aaron Babendreyer