610 Medizin und Gesundheit
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The Unrecognized Effects of Phosphodiesterase 4 on Epithelial Cells in Pulmonary Inflammation
(2015)
Acute pulmonary inflammation is characterized by migration of polymorphonuclear neutrophils (PMNs) into the different compartments of the lung, passing an endothelial and epithelial barrier. Recent studies showed evidence that phosphodiesterase (PDE) 4-inhibitors stabilized endothelial cells. PDE4B and PDE4D subtypes play a pivotal role in inflammation, whereas blocking PDE4D is suspected to cause gastrointestinal side effects. We thought to investigate the particular role of the PDE4-inhibitors roflumilast and rolipram on lung epithelium. Acute pulmonary inflammation was induced by inhalation of LPS. PDE4-inhibitors were administered i.p. or nebulized after inflammation. The impact of PDE4-inhibitors on PMN migration was evaluated in vivo and in vitro. Microvascular permeability, cytokine levels, and PDE4B and PDE4D expression were analyzed. In vivo, both PDE4-inhibitors decreased transendothelial and transepithelial migration even when administered after inflammation, whereas roflumilast showed a superior effect compared to rolipram on the epithelium. Both inhibitors decreased TNF\(\alpha\), IL6, and CXCL2/3. CXCL1, the strong PMN chemoattractant secreted by the epithelium, was significantly more reduced by roflumilast. In vitro assays with human epithelium also emphasized the pivotal role of roflumilast on the epithelium. Additionally, LPS-induced stress fibers, an essential requirement for a direct migration of PMNs into the alveolar space, were predominantly reduced by roflumilast. Expression of PDE4B and PDE4D were both increased in the lungs by LPS, PDE4-inhibitors decreased mainly PDE4B. The topical administration of PDE4-inhibitors was also effective in curbing down PMN migration, further highlighting the clinical potential of these compounds. In pulmonary epithelial cells, both subtypes were found coexistent around the nucleus and the cytoplasm. In these epithelial cells, LPS increased PDE4B and, to a lesser extend, PDE4D, whereas the effect of the inhibitors was prominent on the PDE4B subtype. In conclusion, we determined the pivotal role of the PDE4-inhibitor roflumilast on lung epithelium and emphasized its main effect on PDE4B in hyperinflammation.
Gegenstand dieser Doktorarbeit war die Beschreibung des Urokinaseplaminaktivators uPA im C6-Sphäroidmodell der Ratte und dessen Lokalisation in Bezug auf den Primärtumor. Das hierbei verwendete Tiermodell basiert auf der C6-Tumorzellreihe, welche durch Transfektion von Rattengliomzellen mit dem Vaskularisierungsfaktor VEGF entwickelt wurde. Die gesteigerte Expression von VEGF resultiert in einer stärkeren Vaskularisierung und einer erhöhten Wachstumsrate des Tumors. Im Vorfeld der Tumorimplantation konnte die Expression von uPA durch die C6-Tumorzellen mittels reverser RNA-Transkription und Polymerasekettenreaktion nachgewiesen werden. In vitro gelang der Nachweis von uPA im C6-Sphäroiden mittels Fluoreszenz-Färbung. Im Rahmen des Tierversuches wurden aus den Tumorzellen ca. 300µm große Sphäroide hergestellt, welche den Ratten in den Kortex des linken Frontallappens implantiert wurden und dort solide Hirntumoren bildeten. Die Versuchstiere wurden anschließend in zwei Gruppen aufgeteilt. Der Positivgruppe wurde täglich über einen Zeitraum von 19 bzw. 21 Tagen der Proteasehemmer WX-UK1 in die Bauchhöhle injiziert, die Kontrollgruppe erhielt ein Placebo. Nach Ablauf des Behandlungszeitraumes konnte an den explantierten Gehirnen mittels histochemischer Peroxidasefärbung die Protease uPA im Tumorgewebe nachgewiesen werden. Die Konzentration von uPA war besonders im invasionsaktiven Bereich des Tumors erhöht. Dieser entspricht der Randzone des soliden Tumors, sowie den distanzierten Zellnestern im gesunden Hirngewebe, welche als so genannte Invasionszone zusammengefasst werden. Die tragende Rolle von uPA bei der Invasion der Tumorzellen in das gesunde Hirngewebe konnte somit bestätigt werden. Die Messung von erhöhten uPA-Konzentrationen an der Basalmembran von Hirngefäßen korreliert mit Beobachtungen, dass die Tumorzellen entlang von Gefäßen und Plexus migrieren, aber nicht in der Lage sind, in das Gefäßlumen einzudringen. Der Nachweis der erfolgreichen orthotopen Sphäroidimplantation mittels MRT-Bildgebung der Hirntumoren unterstreicht den Vorteil der offenen Implantationstechnik gegenüber der Zellinjektion. Die peritoneale Verabreichung des Proteasehemmers WX-UK1 führte im Rahmen dieser Untersuchungen zu keiner signifikanten Reduktion des Tumorwachstums, welches mittels Volumenmessung im MRT dokumentiert wurde. Des Weiteren konnte keine Minderung der uPA-Konzentration in den Tumoren der Positivgruppe gegenüber der Kontrollgruppe gemessen werden. Neben der fehlenden Biodistribution des Wirkstoffes kommt hierfür auch eine mangelnde Spezifität von WX-UK1 für uPA oder ein alternativer Aktivierungsweg der Proteolyse innerhalb der Tumorzellen in Betracht. Diese Arbeit führt zur Weiterentwicklung des C6-Sphäroidmodells und unterstützt die zukünftige Entwicklung von Wirkstoffen gegen das Tumorwachstum auf Basis der anti-invasiven Therapie.