Untersuchung der Pathophysiologie der pulmonalen Hypertonie mittels Organ-on-Chip Technologie

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Kübler
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471119131

Die pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) ist eine seltene kardiopulmonale Erkrankung mit schlechter Prognose und wenigen Therapieoptionen. Derzeit eingesetzte Vasodilatoren verlangsamen die Progression der Erkrankung ohne jedoch kurativ zu wirken. Jüngst wurde der Verlust pulmonaler Kapillaren (kapilläre Rarefizierung) als wichtiger Pathomechanismus der PAH identifiziert und mit einer Migration von Perizyten von Kapillaren zu Arteri(ol)en assoziiert. Die Mechanismen, die diesem (wie auch anderen) Prozess(en) des vaskulären Remodelings bei PAH zugrunde liegen, sind bislang jedoch nur unzureichend verstanden. Dies liegt insbesondere daran, dass bestehende in vivo- und in vitro-Modelle nur begrenzte Einblicke in die Dynamik des vaskulären Remodelings, den zugrunde liegenden multizellulären Crosstalk und die Rolle des lokalen biomechanischen Kontexts bieten. Unser Ziel ist daher, relevante in vitro-Modelle der PAH-Lungenmikrozirkulation auf der Basis von Organs-on-Chip (OOC)-Technologien zu entwickeln, um grundlegende mechanistische Fragen zur PAH zu klären. Dabei sollen zwei OOC-Modelle entwickelt werden: VASC-1 basiert auf unserer bestehenden mikrofluidischen Plattform für kapilläre Selbstanordnung, während VASC-2 als komplexeres Modell zusätzlich auch Zu- und Abflussgefäße enthält. Zusätzlich werden in VASC-2 relevante biomechanische und chemische Signale (Scherstress, Atembewegungen, Hypoxie) reproduziert. PAH wir in diesen Modellen mit zwei Strategien simuliert: 1. Modelle aus primären PAH-Patientenzellen werden mit Modellen aus gesunden Spenderzellen verglichen, und 2. Modelle aus gesunden Spenderzellen werden PAH-simulierenden Stimuli (chronische Hypoxie +/- dem VEGFR-Antagonisten SU5416) exponiert. Mit Hilfe von konfokaler und Elektronenmikroskopie, Immunhistochemie, Durchflusszytometrie, molekularbiologischen Techniken und Einzelzell-RNA-Sequenzierung werden Eigenschaften der vaskulären Netzwerke, zelluläre Reaktionen und molekulare Mechanismen und Signalwege bestimmt. Insbesondere sollen dabei folgende Aspekte der Interaktion von Perizyten und Endothelzellen und ihrer Rolle bei der kapillären Rarefizierung untersucht werden: a) eine mögliche Ablösung von Perizyten aus PAH-Kapillaren, die diesem Prozess zugrundeliegenden Mechanismen und funktionelle Konsequenzen für die Netzwerkintegritätb) die Rekrutierung von Perizyten aus Mikrogefäßen in präkapilläre Arteri(ol)enc) die Rolle der Perizyten-Endothel-Kommunikation über Gap Junctions. Wir erwarten, dass das beantragte Projekt einen einzigartigen Satz neuartiger OOC-Modelle für die Analyse des vaskulären Remodelings der Lunge und zugrundeliegende Prozesse generieren wird. Die Anwendung dieser Modelle wird wichtige Einblicke in die Mechanismen der kapillären Rarefizierung der Lunge liefern, mit besonderem Focus auf die Endothel-Perizyten-Interaktion. Die entwickelten Modelle können künftig auch für das Screening neuer Therapien gegen PAH eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Olivier Guenat, Ph.D.