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Die Interaktion zwischen pulmonalem Surfactant und inhalierbaren Partikeln

 
: Schleh, C.
: Ngezahayo, A.; Erpenbeck, V.J.

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Volltext urn:nbn:de:gbv:089-6062611767 (8.1 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: b634b74acb6d7f1b64b1874bc0efb85c
Erstellt am: 21.4.2010


Hannover, 2009, VIII, 126 S.
Hannover, Univ., Diss., 2009
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer ITEM ()
pulmonary surfactant; nanoparticle; allergen

Abstract
Das pulmonale Surfactant bedeckt die Alveolen der Lunge wo es die Oberflächenspannung reduziert und so einen Alveolenkollaps verhindert. Des Weiteren sind spezifische Surfactant Proteine (SP), wie beispielsweise SP-D, wichtige Bestandteile des angeborenen Immunsystems. Werden Feinstaubpartikel inhaliert, können sie die Alveolen erreichen und dort direkt auf das pulmonale Surfactant treffen. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die Konsequenzen einer Interaktion zwischen Surfactant und Feinstaubpartikeln untersucht. Hierbei wurde zunächst der Einfluss von SP-D auf die Aufnahme von Allergenpartikeln in Lungenepithelzellen sowie in Zellen eines Triple-Zellkultur-Modells, bestehend aus Epithelzellen, Makrophagen und Dendritischen Zellen, mittels Durchflusszytometrie und konfokaler Mikroskopie nachgewiesen. Die Ausschüttung inflammatorischer Mediatoren wurde mittels Enzyme Linked Immunosorbent Assay sowie mittels Bead-basierender Multiplex-Messungen untersucht. Weiterhin wurde analysiert, ob Titandioxid (TiO2)-Nanopartikel die biophysikalische Funktion des Surfactants beeinflussen. Die Oberflächenspannung des Surfactants wurde hierzu direkt nach Partikelzugabe und nach surface area cycling im Pulsierenden-Blasen-Surfactometer gemessen. Zusätzlich wurde mittels Transmissionselektronenmikroskopie der Einfluss auf die Surfactant-Ultrastruktur visualisiert. Inkubation mit SP-D erhöhte den Anteil ex vivo-gewonnener humaner Epithelzellen, welche an der Bindung und Aufnahme der Allergenpartikel beteiligt waren. Dies führte zu einer erhöhten Ausschüttung des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-8. Die Anzahl der Allergenpartikel je einzelne Zelle blieb dabei konstant. Im Triple-Zellkultur-Modell sorgte SPD für eine erhöhte Anzahl an Makrophagen und Epithelzellen, welche an der Aufnahme der Allergenpartikel beteiligt waren. Zusätzlich wurde tendenziell die Anzahl der Allergenpartikel je Makrophage und Dendritische Zelle reduziert. SP-D führte hierbei zu einer reduzierten Ausschüttung des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-8. TiO2-Nanopartikel induzierten eine Surfactant-Dysfunktion. Diese Dysfunktion wurde durch surface area cycling verstärkt. Zusätzlich führten TiO2-Nanopartikel zu ultrastrukturellen Veränderungen des Surfactants. Lammelarkörperchen wurden deformiert aufgefunden. Unilamellare Vesikel wurden vermehrt gebildet. Die gezeigten Interaktionen von Feinstaubpartikeln und Surfactantkomponenten könnten daher eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie pulmonaler Erkrankungen spielen.

 

Pulmonary surfactant covers the alveoli and reduces surface tension at the air liquid interface, thus maintaining lung function and preventing alveolar collapse. Furthermore, specific surfactant proteins (SP) like SP-D are part of the innate immune system. After inhalation of various particles, they can reach the alveoli where they come into direct contact with the surfactant layer. In the present work the consequences upon interaction between surfactant and single particles are described. The influence of SP-D on allergen particle uptake by primary epithelial cells in a monoculture as well as epithelial cells, macrophages, and dendritic cells within a triple cell culture model, was investigated by flow cytometry and confocal microscopy. The secretion of inflammatory mediators was measured by Enzyme Linked Immunosorbent Assay as well as Multiplex Assay. In addition, titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were incubated with a natural surfactant preparation. Surface tension was measured with a pulsating bubble surfactometer following particle addition and surface tension was evaluated after surface area cycling. The effects of TiO2 nanoparticles on surfactant ultrastructure were visualized by a transmission electron microscope. Incubation with SP-D led to an increase in the percentage of primary human epithelial cells which participated in particle attachment and increased secretion of the proinflammatory cytokine interleukin-8 by these cells. The number of allergen particles per cell stayed constant. In the triple cell culture model, SP-D led to an increased percentage of macrophages and epithelial cells, which participated in particle uptake. Interestingly, SP-D treatment also resulted in a trend towards decreased particle uptake per individual macrophage and dendritic cell. In addition, SP-D led to decreased secretion of interleukin-8. Addition of TiO2 nanoparticles to surfactant induced a biophysical surfactant dysfunction. This dysfunction was more pronounced after surface area cycling. In addition, ultrastructural changes of surfactant were visualized. Lamellar bodies were deformed and unilamellar vesicles were produced. The observed interactions of various particles and surfactant components could therefore play an important role in the pathophysiology of airway disease.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-109921.html