Tierexperimentelle Untersuchungen zur Restitution kaltischämisch vorgeschädigter Rattenmyokardzellen mit verschiedenen Konservierungsverfahren

Abstract

Die Organkonservierung stellt einen wichtigen Schritt in der Transplantationsmedizin dar. Die Weiterentwicklung der Transplantationsmethoden stehen auch heute noch im Mittelpunkt zahlreicher wissenschaftlicher Studien. Ziele sind unter anderem eine Minimierung des Ischämie-Reperfusionsschadens sowie eine Weiterentwicklung der Kardioprotektionslösungen. Möglichkeiten zur optimalen Organkonservierung sind Hypothermie und geeignete Konservierungslösungen. Doch wie Studien der Universität Essen wissenschaftlich belegen, ist Hypothermie selbst ein zellulär schädigender Faktor, ausgelöst durch kälteinduzierte Apotose an Leber- und Nierenendothelzellen (RAUEN et al., 1997). Untersucht werden sollte darauf basierend der Vorgang der Kaltischämie mit Folgeschäden und deren Verhinderung auf zellulärer Ebene an Myokardzellen im Tierexperiment. Es sollte geklärt werden, ob die durchgeführten Versuche an Leber- und Nierenendothelzellen auf Myokardzellen übertragbar und inwieweit Vergleiche mit etablierten Versuchsmodellen möglich sind (DE GROOT et al., 1995. RAUEN et al.) und ob Eisenchelatoren, Radikalfänger oder Na+-Ionen protektive Wirkung bei Kaltischämie zeigen. Dazu wurden Rattenmyokardzellen mit unterschiedlich zusammengesetzten Konservierungslösungen unter Hypothermie bei 4°C mit Wiedererwärmungsphasen bei 37°C inkubiert. Eingesetzt wurden Eisenchelatoren, Natriumlösungen (mit niedrigem Na+-Gehalt) und Radikalfänger. Sehr gute Ergebnisse zeigte zu Beginn unserer Versuchsserie das Antioxidans Trolox. Unter Bezugnahme auf wissenschaftliche Studien der Universität Essen ließen eine eventuelle Übertragbarkeit der Ergebnisse, durchgeführt an Leber- und Nierendothelzellen, auf Myokardzellen erhoffen. Kaltinkubationsversuche mit einer sich anschließenden Wiedererwärmungsphase zeigten gute Ergebnisse. Im weiteren Verlauf zeigten sich jedoch Mängel in Bezug auf eine 24-stündigen Warminkubation. Trolox zeigte demnach eine signifikant schädigende Wirkung bei Warminkubation. Sowohl die Zellmorphologie als auch die Funktionstüchtigkeit der Zelle waren bei mit Na+-Mangel und HTK-Lösung deutlich besser. Als schlecht erwies sich auch die Gruppe der Eisenchelatoren. Deutlich wurde dies durch die Untersuchungen der Hyperkontraktion nach Kaltinkubation. Einzig positiv blieben an dieser Stelle die Versuchsauswertungen bei Kaltinkubation mit anschließender Warminkubation. Hier zeigte sich zumindest eine nichtschädigende Wirkung der Eisenchelatoren bei Warminkubation. Ein Vergleich der protektiven Wirkung von Eisenchelatoren bei Leber- und Nierenendothelzellen bliebt leider aus. Die Testzusätze mit Na+-Mangel, speziell Na 30, zeigten, im Vergleich mit anderen Testzusätzen, überraschenderweise gute Ergebnisse. Die ausgewerteten Myokardzellen zeigten nach einer 12-stündigen kaltischämischen Phase und einer sich anschließenden 6-stündigen Warmischämie hohe Überlebensraten. Es konnten in Nachuntersuchungen keine signifikante Funktionsminderungen der Myokardzellen festgestellt werden. Letztendlich besteht jedoch die Vermutung, dass das in dieser Versuchsserie herausgefundene protektive Verhalten der Na+-Ionen auf Rattenmyokardzellen durch als ein multifaktorielles Geschehen angesehen werden sollte, welche sich mit den hier verwandten Methoden nicht darstellen lässt. Zur exakten Aufklärung dieses protektiven Verhaltens müssen weitere Versuche folgen, um weitere Erkenntnisse zu erhalten. Auch mit Abschluss dieser Dissertation ist die Antwort auf eine optimale Konservierungslösung nicht vollständig geklärt, aber auch folgende Versuchsserien tragen sicherlich positiv zum Erlangen weiterer nutzbarer Erkenntnisse bei. Organ conservation can be seen as an important step in transplantationmedicine. Improving the methods of transplantation is still in the centre of scientific interest. Minimization of ischemic reperfusiondamage as well as the improvement of cardioprotective solutions are some of the aims. An ideal organ conservation can achieved by using hypothermia or adequate conservation solutions. Even hypothermia as is self is a cellular toxic factor, initiated by cold-induced apoptosis, as shown in scientific studies on liver- and kidneyendothelium cells, accomplished at Essen University (RAUEN et al., 1997) The process of cold-ischemia associated with consequential damage and its prevention were to be examined on cellular level using myocardic cells in animal test. Either transferability of the accomplished trials with liver- and kidneyendothelium cells onto myocardic cells were of further interest. Furthermore it should be cleared, in how far comparisons to established experimental methods are possible (DE GROOT et al., 1995. RAUEN et al.) and if there is an protective impact of ironchelators, scavengers or sodium ions during cold-ischemia. For that purpose rat myocardic cells were incubated in differently composed conservation solutions under hypothermia at 4° C and phases of rewarming at 37°C. Ironchelators, sodium solutions (low concentration of sodium ions) and scavengers were used. Very positive results were shown by the antioxidant Trolox at the beginning of our trialseries. Relating to studies by Essen University a potential transferability of these results, found on liver- and kidneyendothelium cells onto myocardic cells could be expected. In further progression deficiencies relating to 24-hour-warmincubation appeared. Trolox showed a significantly affecting impact during warm incubation. Cellmorphology as well as cell s functional efficiency were much better using sodium-deficiency and HTK-solution. Even the group iron-chelators provided negative results, shown while testing hypercontraction after cold-incubation. Whereas the testresults of coldincubation followed up by warmincubation could provide positive results: It could be shown, that there was no affecting impact on iron-chelators during warmincubation. A comparison of the protective effect of iron chelators on liver- and kidneyendothelium cells is to be missing. The testing agents with a lack of sodium, especially Na30, showed comparing to other agents surprisingly good results. Analysed myocardic cells showed a high survival rate after a 12-hour coldischemic phase followed up by warmischemia, lasting for 6 hours. Follow-up examinations could not show a significant lack of functional efficiency of the myocardic cells. Finally we suppose, that the sodium ion s protective effect on rat-myocardic cells should be seen as a multifactorial process, which cannot be demonstrated significantly by the used methods.