| License: Creative Commons Attribution 4.0 (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-517913
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.51791
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 15 March 2022 |
| Referee: | PD Dr. Martin Kieninger |
| Date of exam: | 9 March 2022 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Anästhesiologie |
| Keywords: | Live-cell-imaging; Granulozyten; Neutrophile Granulozyten; TNFalpha; Nimodipin; Subarachnoidalblutung; Dexamethason; Covid-19; Entzündung |
| 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: | 51791 |
Abstract (German)
Die Methodik des Live-cell-imagings ist ein probates Mittel zur in-vitro-Analyse zellulärer Eigenschaften auf der mechanischen sowie auf der biochemischen Ebene. Während mittels Antikörper-Reaktion die enzymatische Aktivität von Zellen untersucht werden kann, eignet sich der Phasenkontrastmodus zur Beobachtung beispielsweise der Migrationsaktivität von Neutrophilen Granulozyten (PMN). Dabei ...
Abstract (German)
Die Methodik des Live-cell-imagings ist ein probates Mittel zur in-vitro-Analyse zellulärer Eigenschaften auf der mechanischen sowie auf der biochemischen Ebene. Während mittels Antikörper-Reaktion die enzymatische Aktivität von Zellen untersucht werden kann, eignet sich der Phasenkontrastmodus zur Beobachtung beispielsweise der Migrationsaktivität von Neutrophilen Granulozyten (PMN). Dabei stellt sich die Frage nach der Vergleichbarkeit dieser in-vitro-Methodik mit den biologischen Vorgängen im menschlichen Körper. Des Weiteren konkurriert die Darstellbarkeit zellulärer Vorgänge mit dem Wohlergehen der Zellen. Im Zuge der Auflösung dieser Konkurrenzsituation und der Optimierung der Methodik soll in dieser Dissertation das bislang als Standard geltende fetale Kälberserum zur Aufnahme der Zellen mit humanem Blutplasma als Nährmedium für die Zellen verglichen werden.
Neutrophile Granulozyten Zellen spielen als Teil der angeborenen zellulären Immunantwort eine wichtige Rolle bei der ersten Abwehr von Pathogenen wie zum Beispiel Bakterien. Dabei sind die chemotaktische Migration, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die Freisetzung von Myeloperoxidase (MPO) und die NETosis für diese erste Immunabwehrreaktion der Granulozyten im menschlichen Körper von fundamentaler Bedeutung. Im Zuge dieser Dissertation sollen die möglicherweise auftretenden Veränderungen der Eigenschaften der Neutrophilen bei der Immunabwehr nach Priming mit verschiedenen Substanzen analysiert werden.
TNFα als proinflammatorisch wirkendes Zytokin reguliert unter anderem das Ausmaß und die Dauer einer Entzündungsreaktion. Gebildet wird es von Makrophagen und Monozyten. Laut Literatur soll TNFα einen Einfluss auf die Neutrophilen zeigen, indem die Freisetzung von MPO erhöht und die Bildung von NETs gesteigert wird sowie die chemotaktische Migration der PMN intensiviert wird. Es stellt sich die Frage nach der Quantifizierbarkeit der veränderten Zellaktivität der Granulozyten sowie nach einer möglichen Abhängigkeit der TNFα-Konzentration.
Subarachnoidalblutungen, wie sie beispielsweise als Folge einer spontanen Ruptur eines Hirnbasisgefäßes nach einem Aneurysma auftreten können, führen zum Anstieg des intrakraniellen Drucks. Als Komplikation dieses Krankheitsbildes mit 20-40% Häufigkeit treten sogenannte refraktäre Vasospasmen auf. Es geschieht dies meistens 7-10 Tage nach der Ruptur, wobei die Ursachen hierfür bislang ungeklärt sind. Als Therapiestandard dieser Vasospasmen mit der Folge von Minderperfusionen im Gehirn hat sich die intraarterielle Nimodipingabe (Continuous intra-arterial nimodipine infusion) etabliert. Der Calciumantagonist bedingt jedoch als unerwünschte Wirkung auftretende Blutdruckabfälle. Es wird eine Wechselwirkung von Neutrophilen Granulozyten und dem Medikament vermutet. Außerdem soll das Maß der Dosierung Nimodipins optimiert werden, um die unerwünschte Hypotension zu verhindern.
Covid-19 hat sich als Erkrankung mit unterschiedlich schweren Verläufen erwiesen. Während milde Verläufe den Symptomen einer leichten Grippe ähnlich sind, zeigt sich bei schweren Verläufen eine überschießende Immunreaktion, welche bis hin zum Tod führen kann. Laut Literatur soll Dexamethason die Sterblichkeitsrate der Covid-19-Patienten mit schwerem Verlauf um bis zu 33% senken. Im Tierversuch hat sich laut Literatur ein Einfluss von Dexamethason auf PMN gezeigt, daher soll untersucht werden, ob sich dieser Einfluss auch bei humanen PMN zeigt und welche Konzentrationen des Medikaments dazu nötig sind.
Im Zuge dieser Dissertation konnte eine Verbesserung der Methodik des Live-cell-imaging durch die Umstellung von FKS zu Humanplasma als Nährmedium der Zellen erreicht werden. Zudem konnte durch neu eingeführte Beobachtungsparameter die Quantifizierbarkeit von zellulären Aktivitätsänderungen erhöht werden.
Bei der Analyse von Medikamentenwirkungen auf Neutrophile Granulozyten konnte ein deutlich erkennbarer Einfluss von TNFα gezeigt werden. Ebenso lässt sich ein inhibitorischer Effekt auf die PMN durch Nimodipin postulieren. Ähnliches gilt für Dexamethason, bei welchem sich ebenso inhibitorischer Effekt auf die Neutrophilen vermuten lässt.
Translation of the abstract (English)
The methodology of live-cell-imaging is an effective tool for in-vitro-analysis of cellular properties on a mechanical as well as a biochemical level. While antibody reaction can be used to study the enzymatic activity of cells, the phase contrast mode is suitable for observing, for example, the migration activity of neutrophil granulocytes (PMN). This raises the question of the comparability of ...
Translation of the abstract (English)
The methodology of live-cell-imaging is an effective tool for in-vitro-analysis of cellular properties on a mechanical as well as a biochemical level. While antibody reaction can be used to study the enzymatic activity of cells, the phase contrast mode is suitable for observing, for example, the migration activity of neutrophil granulocytes (PMN). This raises the question of the comparability of this in vitro methodology with biological processes in the human body. Furthermore, the representability of cellular processes competes with the well-being of the cells. In the course of resolving this competitive situation and optimizing the methodology, this dissertation will compare fetal calf serum, previously considered the standard for cell uptake, with human blood plasma as the culture medium for the cells.
Neutrophil granulocytes, as part of the innate cellular immune response, play an important role in the initial defense against pathogens such as bacteria. In this regard, chemotactic migration, reactive oxygen species (ROS) production, myeloperoxidase (MPO) release, and NETosis are fundamental to this initial immune defense response of granulocytes in the human body. In the course of this dissertation, the possibly occurring changes in the properties of neutrophils during immune defense after priming with different substances will be analysed.
TNFα as a proinflammatory cytokine regulates, among other things, the extent and duration of an inflammatory response. It is produced by macrophages and monocytes. According to literature, TNFα should show an influence on neutrophils by increasing the release of MPO and enhancing the formation of NETs as well as intensifying the chemotactic migration of PMN. The question arises as to the quantifiability of the altered cellular activity of the granulocytes as well as a possible dependence of the TNFα concentration. Subarachnoid hemorrhages, which can occur, for example, as a result of a spontaneous rupture of a cerebral base vessel after an aneurysm, lead to an increase in intracranial pressure. As a complication of this clinical picture with 20-40% frequency, so-called refractory vasospasms occur. This usually occurs 7-10 days after the rupture, although the causes are still unclear. Continuous intra-arterial nimodipine infusion has become the standard of care for these vasospasms resulting in reduced perfusion in the brain. However, the calcium antagonist causes a drop in blood pressure as an adverse effect. An interaction of neutrophil granulocytes and the drug is suspected. In addition, the measure of nimodipine dosage should be optimized to prevent the undesirable hypotension.
Covid-19 has been shown to cause disease of varying severity. While mild courses are similar to symptoms of mild influenza, severe courses show an exaggerated immune response, which can lead to death. According to the literature, dexamethasone has been reported to reduce the mortality rate of Covid-19-patients with severe courses by up to 33%. As stated in literature, dexamethasone has been shown to have an effect on PMN in animal studies, so we will investigate whether this effect is also seen in human PMN and what concentrations of the drug are required to achieve this.
In the course of this dissertation, an improvement of the methodology of live cell imaging could be achieved by switching from FCS to human plasma as nutritional medium of the cells. In addition, the quantifiability of cellular activity changes could be increased by newly introduced observation parameters.
Analysis of drug effects on neutrophil granulocytes showed a clearly discernible influence of TNFα. Likewise, an inhibitory effect on PMN by nimodipine can be postulated. The same is perceptible for dexamethasone, which can also be assumed to have an inhibitory effect on neutrophils.
Metadata last modified: 15 Mar 2022 08:48
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