Effekte von Perfusionsstörungen auf systemische Entzündungsreaktionen am Beispiel der Monozyten-Granulozyten-Endothel-Interaktion

Abstract

Hintergrund: Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Schubspannung und verschiedenen Leukozytenpopulationen auf die Aktivierung von Endothel bei niederer Strömungsgeschwindigkeit und Reperfusion.

Methoden: Humane Endothelzellen wurden unter verschiedenen Bedingungen mit Monozyten oder polymorhkernigen neutrophilen Granulozyten cokultiviert und die Effekte unterschiedlicher Schubspannung auf die Zelladhäsion mittels einer Flusskammer mikroskopisch quantifiziert. Die Effekte von Zelladhäsion auf die Expression verschiedener endothelialer Adhäsionsmoleküle wurde mittels Durchflusszytometrie nach 4 Stunden statischer Coinkubation untersucht. Durch Reperfusion der Cokulturen mit markierten Neutrophilen bei normaler Schubspannung von 2 dyn/cm² wurden die Effekte der sekundären Adhäsion quantifiziert. Zum Vergleich wurde hierzu Endothel mit und ohne Stimulation durch Lipopolysaccharid verwendet.

Ergebnisse/Schlussfolgerung: Unter normaler Schubspannung ist die Aktivierung von Endothel mit Lipopolysaccharid ausschlaggebend für leukozytäre Adhäsion. Reduktion der Schubspannung auf 0,25 dyn/cm² induziert ohne zusätzliche Aktivierung eine vergleichbare Leukozytenadhäsion. Im Gegensatz zu polymorhkernigen neutrophilen Granulozyten induziert die Adhäsion von Monozyten eine gesteigerte Expression von Adhäsionsmolekülen. Die Adhäsion von Monozyten auf nicht aktiviertem Endothel führt zu einer gesteigerten sekundären Adhäsion von Neutrophilen während Reperfusion, die polymorhkernigen Neutrophilen zeigen diesen Effekt nicht. Reduzierte Schubspannung ist ein unabhängiger Auslöser für die Adhäsion von Monozyten und Granulozyten. Nur die Adhäsion von Monozyten führt zu einer relevanten Endothelaktivierung mit anhaltender Inflammation in der Reperfusion.

Background: To investigate the interdependent effects of shear stress and different leukocyte subpopulations on endothelial cell activation and cell interactions during low flow and reperfusion.

Methods: Using a flow chamber, human venous endothelial cells were co-cultured with either polymorphonuclear neutrophils or monocytes under different shear stress and adhesion was quantified by microscopy. Effects of adhesion on endothelial cell adhesion molecule expression were analyzed by flow cytometry after 4 h static co-incubation. Consequences on secondary adhesion during reperfusion were examined by reperfusion the co-cultures with labelled neutrophils at normalized shear stress of 2 dyne/cm². For comparison endothelium monocultures with and without lipopolysaccharide activation were used.

Results/Conclusions: Under normal shear stress endothelial activation with lipopolysaccharide was mandatory for leukocyte adhesion. Decreasing shear stress to 0,25 dyne/cm² induced similar adhesion even without additional activation. Adhesion of monocytes increased the expression of endothelial adhesion molecules whereas adhesion of neutrophils did not. Adhesion of monocytes on non-activated endothelium increased secondary neutrophil adhesion whereas pretreatment with neutrophils had no effect. Compromised flow is an autonomous trigger of leukocyte adhesion even in the absence of an additional activator. Exceeding this immediate effect, adherent monocytes initiate further endothelial activation with largely increased neutrophil adhesion during reperfusion.