KFO 342 - P4: Characterization of the interaction of bacterial determinants and host cells during systemic inflammation for sepsis prediction

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Description

Sepsis kann aufgrund einer dysregulierten Wirtsantwort zu lebensbedrohlichen Organdysfunktionen führen. Bisher gibt es keinen einzelnen Biomarker, der geeignet ist, die sich ggf. schnell entwickelnde Sepsis zu erkennen und Organdysfunktionen vorherzusagen. Deshalb konzentrieren wir uns hier auf die frühen physikalischen und zellulären Effekte als Summe der komplexen Wirtsreaktion statt auf einzelne Marker und charakterisieren die Bakterien-Wirtsinteraktion in der frühen Phase der Sepsis. Hierzu ist der Einsatz der Digitalen Holographischen Mikroskopie (DHM), eine Interferometrie-basierte, Marker-freie Technik, die eine minimal-invasive, hochauflösende quantitative Phasenkontrastdarstellung lebender Zellen ermöglicht, geplant, um die physikalischen Veränderungen von Lymphozyten und Endothelzellen während der Sepsis zu untersuchen. Mit der DHM können schnelle morphologische Veränderungen zeitlich aufgelöst und physikalische Parameter wie Volumen, Brechungsindex und Trockenmasse bestimmt werden, die z.B. auf Zelltodprozesse hinweisen. Daneben wird die Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Analyse von nanomechanischen Veränderungen der endothelialen Glycocalyx (eGC) eingesetzt. Die eGC ist eine bis zu 3 μm dicken gelartigen Schicht, die die luminale Oberfläche des Endothels bedeckt. Sie spielt eine entscheidende Rolle für den Erhalt der mikrozirkulatorischen Homöostase und ist bei Patienten mit systemischer Inflammation und Sepsis degradiert. In Aim 1 wollen wir DHM und AFM nutzen, um in vitro die Wirtszellreaktion in Bezug auf morphologische/physikalische Lymphozytenveränderungen und eGC-Schäden zu charakterisieren. Unsere Hypothese ist, dass Wirtszellen abhängig von den bakteriellen Determinanten qualitativ und quantitativ unterschiedlich reagieren und dass diese Veränderungen den Beginn und die Schwere der dysregulierten Wirtsreaktion vorhersagen lassen. In Aim 2 wollen wir unsere Ergebnisse ins humane System transferieren und die zellulären Veränderungen von Lymphozytenproben und Endothelzellen untersuchen, die mit Blut von Rückstellproben von Patienten mit einer mikrobiologisch bestätigten Sepsis exponiert wurden. Die Proben stammen aus der EDGE Studie (Early Detection of Glycocalyx Damage in Emergency Room Patients; Clinicaltrial.gov #: NCT03126032) innerhalb dieses Konsortiums. Dazu werden wir prospektiv von Patienten in der Notaufnahme mit einer vermuteten Infektion mittels intravitaler Mikroskopie (GlycoCheckTM) die sublinguale eGC messen und Lymphozyten für DHM Analysen isolieren. Hier sollen spezifische DHM Muster identifiziert, validiert sowie eGC Werte für die Vorhersage eines drohenden Organversagens (insbesondere der Niere und Lunge) und des klinischen Endpunkts gewonnen werden. Schließlich wollen wir unsere Ergebnisse in einer zweiten prospektiven Studie an zu hospitalisierenden Patienten mit einer vermuteten Infektion hinsichtlich eGC-Veränderungen mittels GlycoCheckTM und morphologischen Lymphozytenveränderungen mittels DHM validieren.