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Pseudomonas aeruginosa induziert eine angeborene Immunantwort in frischem Lungengewebe ex vivo

 
: Kraemer, Nadine
: Braun, Armin; Häußler, Susanne; Wronski, Sabine; Müller, Laura

Hannover, 2017, 74 pp.
Hannover, Medizinische Hochschule, Master Thesis, 2017
German
Master Thesis
Fraunhofer ITEM ()

Abstract
Pseudomonas aeruginosa ist ein opportunistischer human-pathogener Keim und zählt zu den häufigsten Erregern nosokomialer Infektionen. P. aeruginosa ist weiterhin der häufigste Erreger chronisch persistierender, schwer behandelbarer Lungenentzündungen, was nicht zuletzt auf seiner hohen Anpassungsfähigkeit beruht. Chronische Lungeninfektionen sind besonders häufig bei Patienten mit Cystischer Fibrose anzutreffen, treten aber ebenso bei Patienten mit anderen Lungenerkrankungen wie COPD oder ziliärer Dyskinesie auf. Eine chronische Entzündung geht mit einer anhaltenden, fehlgeleiteten Immunantwort einher, die nicht zur Beseitigung der Pathogene führt und das Wirtsgewebe zerstört. Ziel dieser Arbeit war es eine persistente Infektion mit P. aeruginosa in humanem Lungengewebe darzustellen. Dabei wurde die Immunantwort des Lungengewebes untersucht und wie sich eine Adaption der Immunzellen auf die anhaltende Infektion vollzieht. Weiterhin wurde ermittelt, wie es zur Biofilmbildung im vitalen Gewebe kommt und wie eine mehrtägige Kultivierung unter Tobramycin-Anwesenheit die Antibiotikumempfindlichkeit der Keime verändert. Diese Fragestellungen wurden in precision-cut lung slices (PCLS) untersucht. PCLS sind frisches Lungengewebe, das ex vivo kultiviert und stimuliert werden kann und alle Zelltypen der Lunge in seiner natürlichen Umgebung enthält. Eine akute P. aeruginosa Infektion mit 105 Kolonie-bildenden Einheit/PCLS führte zu einer starken Gewebsschädigung und Toxizität innerhalb weniger Stunden. Mittels Tobramycin-Behandlung konnte eine mehrtägige Infektion mit anhaltender Gewebevitalität aufrechterhalten werden. Dies ermöglichte erst eine Untersuchung der Anpassung des Keimes an die Wirtsumgebung und den Übergang in eine persistierende Infektion und den weiteren Verlauf der Immunantwort. Die Infektion des Lungengewebes mit P. aeruginosa induzierte eine stark proinflammatorische Immunantwort. Um eine mögliche Anpassung der Immunzellen an die anhaltende Infektion erkennen zu können, wurden die Zytokinlevel 24 und 96 Stunden nach Infektionsstart verglichen. Es wurde eine reduzierte Antibiotikum-empfindlichkeit von P. aeruginosa nach mehrtägiger Kultivierung in Tobramycin-Anwesenheit gegenüber eines naiven PAO1 beobachtet werden. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass P. aeruginosa in frischem Lungengewebe ex vivo eine angeborene Immunantwort induziert. Dies zeigte sich vor allem durch erhöhte Level proinflammatorischer Zytokine, wie TNF-α und IL-8.

 

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen and one of the leading causes of nosocomial infections and chronic, poorly treatable lung infections. Chronic lung infections are predominantly found in cystic fibrosis patients, but also in patients with COPD or ciliary dyskinesia. A chronic infection is accompanied by a stable impaired immune response with no eradication of pathogens and destruction of host tissue. The aim of this thesis was to establish a persistent P. aeruginosa infection in human lung tissue. Therefore, the immune response of host tissue and the adaption of the immune cells regarding the permanent presence of pathogens was evaluated. Furthermore, biofilm formation of P. aeruginosa in vital human lung tissue and changes in antibiotic susceptibility of the pathogen against tobramycin was elucidated. In order to investigate these subjects, precision-cut lung slices (PCLS) were used. PCLS are an ex vivo organotypic tissue model, harboring all cell types of the lung in their unique microenvironment. Within few hours, an acute infection with 105 colony-forming units/PCLS led to strong tissue damage and high toxicity. Tobramycin treatment reduced the bacterial count and facilitated a multi-day infection with constant tissue vitality. Thus, pathogen adaption towards host tissue and transition to a persistent status of infection could be evaluated. Infection of lung tissue with P. aeruginosa induced a strong pro-inflammatory immune response. Cytokine levels were compared after 24h and 96h post infection to investigate the progress of the immune response and a potential adaption of immune cells towards the infection. A reduced antibiotic susceptibility after cultivation in subinhibitory concentrations of tobramycin towards a naïve P. aeruginosa was observed. In conclusion, this thesis revealed a strong immune response of fresh lung tissue ex vivo after infection with P. aeruginosa. This was particularly shown by increased pro-inflammatory cytokine levels like TNF-α and IL-8.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-546189.html