Kurze Projektdarstellung:
Bei dem Projekt „Schnelle PO2-Änderungen als Ursache des Lungenversagens“ für das Dr. Ulrich Klein den 2. Stiftungspreis der „Dr. Gottfried und Dr. Vera Weiss Wissenschaftsstiftung“ erhielt, geht es darum, dass viele kritisch erkrankte Patientinnen und Patienten auf der Intensivstation an einem akutem Lungenversagen leiden und eine mechanische Beatmung zur Unterstützung der gestörten Lungenfunktion benötigen. Allerdings ist die mechanische Beatmung per se schädigend und kann zur weiteren Lungenschädigung führen. Dieses beatmungsassoziierte Lungenversagen ist für die Intensivtherapie hochrelevant und von Bedeutung für langfristige Konsequenzen wie verlängerter Intensivaufenthalt, reduzierte Lebensqualität, kognitive Funktionsstörungen und Arbeitsunfähigkeit. Weltweit wird dieses Thema untersucht, um zugrunde liegende Schädigungsmechanismen sowie neue Strategieansätze zur Vermeidung von Lungen- und zusätzlichen Organschäden durch mechanische Beatmung zu identifizieren.
Ein wichtiger Mechanismus der Lungenschädigung durch mechanische Beatmung ist das zyklische Eröffnen und Verschließen der erkrankten Lunge. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass dieses Phänomen neben der mechanischen Belastung auch schnelle PO2-Änderungen in der Lunge hervorruft, deren Bedeutung bisher nicht bekannt ist. Dr. Klein und sein Team stellen die Hypothese, dass schnelle PO2-Änderungen ein eigenständiger Mechanismus der Lungenschädigung sind. Der Projektantrag untersucht erstmalig die zugrunde liegenden Pathomechanismen und Signalwege, welche durch schnelle PO2-Änderungen in der Lunge hervorgerufen werden.
Projektablauf:
Zunächst wird in einem neu entwickelten Zellkultur-System der Effekt konstanter und schnell schwankender PO2-Konzentrationen auf Lungenzellen von Mäusen untersucht, um wichtige zelluläre Signaltransduktionswege zu analysieren. Zudem soll die Bedeutung verschiedener Zelltypen der Lunge bei der PO2-vermittelten Schädigung sowie der Effekt klassischer anti-oxidativer und anti-inflammatorischer Agentien untersucht werden. Nachfolgend werden die in-vitro gewonnenen Erkenntnisse in einem ex-vivo Ansatz überprüft. Hierzu sollen isolierte Schweinelungen in einem Perfusionsmodell den identen konstanten und schwankenden PO2-Konzentrationen ausgesetzt werden. Dieses Modell basiert auf einer kombinierten Hochfrequenz-Oszillations-Beatmung und einer extrakorporalen Membranoxygenierung zur präzisen Adjustierung des Ziel-PO2. Schnelle PO2-Änderungen können entweder durch Modifikation der Beatmung oder der Durchblutung – jedoch ohne mechanische Belastung der Lunge – vorgenommen werden.