Unspezifische Immunantwort in menschlichem Lungengewebe

Entzündung ist ein wesentlicher Bestandteil zahlreicher Atemwegserkrankungen wie Asthma, chronisch obstruktiver Bronchitis (COPD) und Lungenentzündung. Wesentliche Merkmale der Entzündung lassen sich ex vivo in frischen Lungenschnitten, sogenannten »Precision-Cut Lung Slices« (PCLS), darstellen. PCLS enthalten Epithelzellen, Fibroblasten, glatte Muskelzellen, Nervenfasern und sogar Immunzellen wie antigenpräsentierende Zellen und T-Zellen. Das Gewebe ist unvermindert vital. Die Zellen in den Gewebeschnitten interagieren miteinander und spiegeln dadurch die hochspezialisierte Funktion der Lunge wider.

Wir verwenden Lungengewebe von Versuchstieren und menschlichen Spendern. Das Gewebe wird ex vivo gegenüber mitogenen Substanzen wie Endotoxin (Lipopolysaccharid, LPS) oder polyI:C exponiert. Diese Exposition führt nachweislich zur Ausbildung wesentlicher Entzündungsmerkmale, wie sie im menschlichen Organismus zu beobachten sind. So kommt es beispielsweise zu einer massiven Ausschüttung von Zytokinen und Chemokinen, die neutrophile Granulozyten und Monozyten ins Gewebe rekrutieren. Anschließend wird das Gewebe auf Immunreaktionen, Veränderungen im Zellphänotyp, Atemwegstoxizität sowie auf Verengungen und Erweiterungen der Atemwege und der Blutgefäße untersucht. Dadurch lassen sich Merkmale der Entzündung untersuchen – und zwar in unterschiedlichen Spezies einschließlich des Menschen. Nach unseren Ergebnissen sind die Reaktionen in PCLS in hohem Maße mit denen im lebenden Organismus vergleichbar. Sie können somit für prädiktive Aussagen zu Reaktionen in der Lunge herangezogen werden.

Untersuchungskriterium

  • Entzündungsfördernde Reaktionen

Analysen

  • Gewebevitalität: Beurteilung mittels LDH-Test, WST-1-Test, Calcein-AM-/EthD-1-Färbung
  • Verengung der Atemwege mittels Videomikroskopie: Reaktion der Atemwege auf Methacholinexposition
  • Entzündungsfördernde Reaktionen im Lungengewebe: Zytokinkonzentrationen mittels ELISA oder MSD; Proteinexpression mittels Western Blot
  • Histologische Untersuchungen: klassische Färbungen, Histopathologie, Immunhistochemie und Bewertung 
  • Analyse von Lungengewebe: RNA-Isolierung für Genexpressionsanalysen

Publikationen

  1. Switalla S, Lauenstein L, Prenzler F, Knothe S, Förster C, Fieguth HG, Pfennig O, Schaummann F, Martin C, Guzman CA, Ebensen T, Müller M, Hohlfeld JM, Krug N, Braun A, Sewald K. Natural innate cytokine response to immunomodulators and adjuvants in human precision-cut lung slices. Toxicol Appl Pharmacol 246 (2010): 107-115.
  2. Switalla S, Knebel J, Ritter D, Krug N, Braun A, Sewald K. Effects of acute in vitro exposure of murine precision-cut lung slices to gaseous nitrogen dioxide and ozone in an air-liquid interface (ALI) culture. Toxicol Lett 196 (2010): 117-124.
  3. Seehase S, Schlepütz M, Switalla S, Mätz-Rensing M, Kaup FJ, Zöller M, Schlumbohm C, Fuchs E, Lauenstein HD, Winkler C, Kuehl AR, Uhlig S, Braun A, Sewald K, Martin C. Bronchoconstriction in nonhuman primates: a species comparison. J Appl Physiol 111 (2011): 791-798.
  4. Seehase S, Lauenstein HD, Schlumbohm C, Switalla S, Neuhaus V, Förster C, Fuchs E, Kaup FJ, Zöller M, Braun A, Sewald K, Knauf S. LPS-induced lung inflammation in marmoset monkeys – an acute model for anti-inflammatory drug testing. PLoS ONE, 28. August 2012, doi: 10.1371/journal.pone.0043709
  5. Lauenstein L, Switalla S, Prenzler F, Seehase S, Pfennig O, Förster C, Fieguth H, Braun A, Sewald K. Assessment of immunotoxicity induced by chemicals in human precision-cut lung slices (PCLS). Toxicol In Vitro 28 (2014): 588–599.
  6. Hess A, Wang-Lauenstein L, Braun A, Kolle SN, Landsiedel R, Liebsch M, Ma-Hock L, Pirow R, Schneider X, Steinfath M, Vogel S, Martin C, Sewald K. Prevalidation of the ex-vivo model PCLS for prediction of respiratory toxicity. Toxicol In Vitro 32 (2016): 347-61.
  7. Sewald K and Braun A. PCLS: From learning about ‘in vivo’ to reduction and replacement. In: Progress towards novel testing strategies for in vitro assessment of allergens. Roggen EL, Weltzien HU, Hermans H (Hrsg.). Kerala/Indien: Research Signpost, 2011, S. 13-34.
  8. Sewald K and Braun A. Precision-cut tissue slices in pharmacology and toxicology. Xenobiotica 43 (2013): 84-97.