Die Extracorporale Membranoxygenierung (ECMO) stellt eine lebensrettende Therapie für schwer erkrankte Patientinnen und Patienten dar. Als eine der wichtigsten Komplikationen gelten Thrombosen in den Membranoxygenatoren, bei deren Entstehung zunehmend eine Beteiligung von Neutrophil Extracellular Traps (NETs) in Betracht gezogen wird. Ziel dieser Arbeit war, Wechselwirkungen zwischen Polymorphkernigen Neutrophilen (PMNs) und isolierten ECMO-Oxygenator-Gasfasern unter Einwirkung verschiedener Scher- und Zentrifugationskräfte, in einem Flussmodell fluoreszenzmikroskopisch zu untersuchen.
Dazu zirkulierten zuvor aus Vollblut gesunder Spenderinnen und Spender isolierte, PMNs in einem ECMO-Oxygenator-Modell. Es bildeten sich Ablagerungen freier DNA auf den Gasfasern, die fluoreszenzmikroskopisch mit Sytox™Green beobachtet wurden. Die Zellen waren während der Isolierung unterschiedlichen Zentrifugationskräften, nach Hundhammer et al. definiert „g-times“, ausgesetzt (1). Die an den Gasfasern abgelagerte DNA wurde gtime und zirkulationszeitabhängig hinsichtlich der sichtbaren Flächen ausgewertet und statistisch verglichen. Zusätzlich wurden zirkulierende Zellen durchflusszytometrisch analysiert.
Alle eingesetzten Zellen zeigten im Versuchsverlauf eine DNA-Freisetzung an den
Gasfasern in Form von DNA-Ablagerungen auf und als DNA-Fäden stromab der Gasfasern. Das vorausgehende Einwirken erhöhter g-time führte dabei zu signifikant früherer Freisetzung der DNA-Ablagerungen (p<0.001) und DNA-Fäden (p=0.011). Auch die maximale Fläche der DNA-Fäden war durch das Einwirken gesteigerter g-time erhöht (p=0.09). Das Einwirken erhöhter Scherkräfte während der Zirkulation führte ebenfalls zu einer früheren Freisetzung der DNA-Ablagerungen und der DNA-Fäden. Die maximale Fläche der DNA-Ablagerungen und DNA-Fäden nahm mit steigenden Scherkräften ab. Zusätzlich konnten Aussagen über die Strömungsverhältnisse an der Gasfaser sowie die Veränderung der eingesetzten Zellen mittels Durchflusszytometrie getroffen werden.
Zusammenfassend konnte in dem in vitro ECMO-Oxygenator-Modell die Freisetzung von DNA an einer isolierten Gasfaser gezeigt werden. Dabei führt sowohl der Einfluss erhöhter Zentrifugationskräfte bei der Zellisolation als auch der Einfluss erhöhter Scherkräfte während der Zirkulation zu einer deutlich beschleunigten DNA-Freisetzung von PMNs an der Gasfaser.

Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) is a life-saving therapy for critically ill patients. One of its most important complications is thrombosis within membrane oxygenators, in which neutrophil extracellular traps (NETs) are increasingly considered to play a significant role. The aim of this study was to investigate the interactions between polymorphonuclear neutrophils (PMNs) and isolated ECMO oxygenator gas-fibers under different shear stress and centrifugation conditions using fluorescence microscopy in a flow model.
PMNs were isolated from whole blood of healthy donors and subsequently circulated in an ECMO oxygenator model. Deposition of extracellular DNA on the gas-fibers was visualized by fluorescence microscopy using Sytox™ Green. During cell isolation, PMNs had been exposed to different centrifugation forces, expressed as g-times according to Hundhammer et al. (1). The surface area of DNA deposited on the gas-fibers was quantified as a function of both g-time and circulation time and compared statistically. In addition, circulating cells were analyzed by flow cytometry.
All PMNs exhibited DNA release onto the gas fibers during the experiments, resulting in DNA deposits on the gas-fiber-surface as well as DNA fibers downstream of the gas-fibers. Exposure to increased g-times prior to circulation resulted in significantly earlier formation of both DNA deposits (p < 0.001) and DNA strands (p = 0.011). Furthermore, the maximum area covered by DNA strands increased following exposure to higher g-times (p = 0.09). Similarly, exposure to increased shear stress during circulation accelerated the appearance of both DNA deposits and DNA strands. In contrast, the maximum area of DNA deposits and DNA strands decreased with increasing shear stress. In addition, conclusions could be drawn regarding the flow conditions around the gas-fibers and the phenotypic changes of circulating cells based on flow cytometric analyses.
In summary, this in vitro ECMO oxygenator model demonstrated DNA release from PMNs at isolated gas-fibers. Both increased centrifugation forces during cell isolation and elevated shear stress during circulation markedly accelerated PMN-derived DNA release at the gas-fiber surface.