Der Einfluss extrazellulärer Matrix auf die Funktionalität neutrophiler Granulozyten

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2 December 2021
Referee:	PD Dr. Martin Kieninger
Date of exam:	11 November 2021
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Anästhesiologie
Keywords:	extrazelluläre Matrix, Neutrophile, Chemotaxis, Inflammation, Gewebe
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	51054

Abstract (German)

Neutrophile Granulozyten bilden eine bedeutende erste Verteidigungslinie innerhalb der angeborenen Immunantwort. Für diese erste Immunantwort der Neutrophilen sind die chemotaktische Migration, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die Freisetzung von Myeloperoxidase (MPO) und die NETosis von elementarer Bedeutung. Während eine gestörte neutrophile Immunantwort zu lebensbedrohlichen ...

Abstract (German)

Neutrophile Granulozyten bilden eine bedeutende erste Verteidigungslinie innerhalb der angeborenen Immunantwort. Für diese erste Immunantwort der Neutrophilen sind die chemotaktische Migration, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die Freisetzung von Myeloperoxidase (MPO) und die NETosis von elementarer Bedeutung. Während eine gestörte neutrophile Immunantwort zu lebensbedrohlichen Infektionen führen kann, wird einer unkontrollierten Entzündungsreaktion von Neutrophilen im interstitiellen Gewebe eine Schlüsselrolle bei der Pathophysiologie verschiedener Krankheiten zugeschrieben.
Das Verhalten von Neutrophilen im Interstitium wurde bislang jedoch nur geringfügig erforscht.
Aus diesem Grund untersuchte die vorliegende Arbeit den Einfluss der extrazellulären Matrix (EZM) auf die Funktionalität neutrophiler Granulozyten.
Durch ein In-vitro-Chemotaxis-Modell wurde das Verhalten von Neutrophilen in den verschiedenen extrazellulären Matrizes Kollagen I und III, Fibrin und Agarose untersucht. Die Neutrophilen wurden unter Verwendung von μ-Slide-Chemotaxiskammern in die verschiedenen Matrizes eingebettet, wobei mittels N-Formyl-Methionyl-Leucyl-Phenylalanin (fMLP) ein Chemotaxisgradient aufgebaut wurde. Anschließend wurden die lebenden Zellen in den Matrizes mittels Fluoreszenz-Mikroskopie untersucht.
Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die EZM übte je nach Art der Matrix einen unterschiedlichen Einfluss auf die Neutrophilen aus. Kollagen III hatte eine hemmende Wirkung auf die neutrophile Migration in Bezug auf Migrationslänge, Migrationsrichtung und Zielgenauigkeit. Kollagen III hatte zudem eine beschleunigende Wirkung auf die neutrophile ROS-Produktion. Agarose hatte eine hemmende Wirkung auf die MPO-Freisetzung und Fibrin eine verzögernde Wirkung auf die NETosis.
Aufgrund des hohen Anteils von Kollagen III in Geweben der Lunge und der Haut könnte die in dieser Forschungsarbeit festgestellte Interaktion von Neutrophilen mit der jeweiligen EZM eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie von neutrophil-assoziierten Erkrankungen dieser Organe (wie ARDS und Pyoderma Gangränosum) spielen.

Translation of the abstract (English)

Background: Migration, production of reactive oxygen species (ROS), release of myeloperoxidase (MPO), and NETosis are functional immunological reactions of elementary importance for polymorphonuclear neutrophils (PMN). Unregulated inflammatory response of PMN within tissues plays a key role in the pathophysiology of several diseases. However, little is known about the behavior of PMN after ...

Translation of the abstract (English)

Background: Migration, production of reactive oxygen species (ROS), release of myeloperoxidase (MPO), and NETosis are functional immunological reactions of elementary importance for polymorphonuclear neutrophils (PMN). Unregulated inflammatory response of PMN within tissues plays a key role in the pathophysiology of several diseases.
However, little is known about the behavior of PMN after migration through blood vessel walls. Therefore, we investigated the influence of the extracellular matrix (ECM) on PMN function.
Materials and Methods: We established an in vitro chemotaxis model of type I and III collagen, fibrin, and herbal agarose tissues using μ‐slide chemotaxis devices and N‐formylmethionine‐leucyl‐phenylalanine (fMLP). PMN within the matrices were assessed with a fluorescent time‐lapse microscope for live‐cell imaging.
Results: PMN function was obviously influenced by the ECM. Type III collagen had an inhibitory effect on PMN migration regarding track length, direction, and targeting. Type III collagen also had an accelerating effect on neutrophil ROS production. Agarose had an inhibitory effect on MPO release
and fibrin a retarding effect on NETosis.
Conclusion: Because of the high abundance of type III collagen in lung and skin matrices, the interaction of PMN with the respective matrix could be an important mechanism in the pathophysiology of acute respiratory distress syndrome and pyoderma gangrenosum.

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