Expression surfactantassoziierter Proteine und des Vascular Endothelial Growth Factors beim experimentell induzierten Mekoniumaspirationssyndrom

Abstract

Das Mekoniumaspirationssyndrom (MAS) ist eine der häufigsten Ursache einer ARDS-ähnlichen Lungenerkrankung des Neugeborenen. Es ist gekennzeichnet durch eine ausgeprägte Obstruktion der Atemwege, toxischen Pneumonitis und Inaktivierung des pulmonalen Surfactants. Diese Surfactantinaktivierung und eine veränderte Expression verschiedener Wachstumsfaktoren spielt bei der Entstehung neonataler Lungenerkrankungen eine entscheidende Rolle. Unter anderem konnte dies für den Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), einem pluripotenten Wachstums- und Permeabilitätsfaktor, nachgewiesen werden. Es gibt zahlreiche Beweise, dass VEGF eine Rolle bei verschiedenen akuten und chronischen Lungenerkrankungen spielt, wie z.B das Atemnotsyndrom des Neugeborenen und bei der Emphysementstehung. Er hat einen deutlichen Einfluss auf die Funktion der Endothelzellen, fördert das Wachstum der Typ II Pneumozyten und stimuliert die SF-Sekretion. Die im Rahmen der Therapie des MAS eingesetzte Applikation von natürlichen Surfactant-Präparaten, die die Surfactantproteine B und C enthalten, führt in einigen Fällen zu einer Verbesserung der Oxygenierung und der Lungenmechanik. Es werden jedoch hohe Surfactantdosen zur Überwindung des surfactantinhibitorischen Potenzials im alveolären Kompartiment benötigt. Studien zeigen für neue, synthetisch hergestellte, SP-C-haltige Surfactant-Präparate eine verminderte Surfactantinaktivierung. Vor diesem Hintergrund war es in der vorliegenden Arbeit von Interesse, den Effekt einer exogenen Surfactantapplikation eines natürlichen Surfactant-Präparates sowie eines synthetisch hergestellten Surfactant-Präparates, im Rahmen des experimentell induzierten MAS, auf die surfactantassoziierten Proteine B und C zu untersuchen. Zudem war es von Interesse, inwieweit die Induktion des MAS sowie die Applikation eines natürlichen SF-Präparates oder eines synthetisch hergestellten SF-Präparates die mRNA Expression des VEGF beeinflusst. Die Untersuchung erfolgte an 23 Ferkeln. Zur Induktion des Lungenversagens wurde Mekonium intratracheal unter laufender maschineller Beatmung verabreicht. Hiernach erfolgte eine Randomisierung in eine von drei Behandlungsgruppen: Kontrollgruppe mit physiologischer Kochsalzlösung, natürlichem bovinen Surfactant und rekombinantem SP-C-haltigen Surfactant. 28 Proben gesunder Tiere dienten als Kontrollgruppe. Die mRNA Expression von SP-B, SP-C und des VEGF wurde aus Proben der linken Lunge bestimmt. Dies erfolgte mittels der TaqMan-Real-time-PCR Methode (??CT Methode, normalisiert auf die Kontrollgruppen). Des Weiteren wurde die Proteinkonzentration der SF-Proteine B und C bestimmt. Die Ergebnisse zeigten nach Induktion des Lungenversagens eine signifikant erhöhte SP-B mRNA Expression und eine verminderte SP-C mRNA Expression im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe. Weder eine Applikation von natürlichem Surfactant noch des synthetischen Surfactants zeigte einen signifikanten Einfluß auf die mRNA Expression und Proteinkonzentration. Die VEGF mRNA Expression war nach Induktion des MAS gegenüber der Kontrollgruppe signifikant vermindert. Aus den vorangegangenen Beobachtungen lässt sich schlussfolgern, dass es im Rahmen des MAS, als mögliche Folge einer Schädigung der Typ II Pneumozyten zu einer Induktion der SP-B mRNA Expression sowie einer reduzierten mRNA Expression von SP-C kam. Es konnte weder eine Veränderung der mRNA Expression dieser Proteine noch eine Veränderung der Proteinkonzentration nach SF-Applikation erfasst werden. Dies könnte auf einen zu kurz gewählten Beobachtungszeitraum zurückzuführen sein und erfordert weitergehende Untersuchungen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten einen Anstoß für weiterführende Experimente sein, in denen die unterschiedlichen Effekte dieser Präparate auf Lungenfunktion, Gasaustausch, Histologie und Inflammation eingehend untersucht werden. Wie gezeigt werden konnte, führt das MAS zu einer signifikant erniedrigten VEGF-Expression. VEGF spielt eine wichtige physiologische Rolle in der Angio- und Vaskulogenese sowie in der Entwicklung der Lunge. In Studien konnte gezeigt werden, dass sowohl eine verminderte als auch eine erhöhte Expression des VEGF mit akuten und chronischen Lungenerkrankung einhergeht, wie z.B. das Atemnotsyndrom des Neugeborenen. Die vorliegende Arbeit könnte dazu beitragen, die komplexen Schädigungsmechanismen beim MAS eingehend zu untersuchen und so zu der Entwicklung neuer Therapieansätze führen. Meconium aspiration syndrome (MAS) is one of the most common causes of an adult respiratory distress syndrome (ARDS) -like lung disease of the newborns. It is characterised by a distinct obstruction of the airways, toxic pneumonitis and deactivation of pulmonary surfactant. This surfactant deactivation and the induction of various growth factors play a pivotal role in development of neonatal pulmonary diseases. Recent evidences suggest that vascular endothelial growth factor (VEGF), a pluripotent growth- and permeability factor, is one key player in different acute and chronic pulmonary diseases, e.g. for respiratory distress syndrome of the newborn and for development of emphysemas. VEGF influences the function of endothelial cells, induce the growth of type II pneumocytes and stimulates secretion of surfactant. The therapeutic application of native surfactant preparations, containing surfactant proteins B and C, leads to improvement of oxygenation and lung mechanics. High doses of surfactant, however, are needed to overcome the surfactant inhibiting potential in the alveolar compartment. Previous studies indicated a diminished deactivation of surfactant specifically for SP C containing surfactant preparations. According to this background the present dissertation analyses the effect of exogenic surfactant application using native surfactant preparation compared to synthetic made surfactant preparation containing surfactant proteins B and C in an experimentally induced MAS model. In addition the consequences and interaction of induced MAS on VEGF mRNA expression without treatment and with either native surfactant preparation treatment or synthetic made surfactant preparation was analysed. Under mechanical ventilation meconium was intratracheally applicated in 23 piglets to induce lung failure. Subsequently the piglets were randomised to one of the following three groups: the control group received physiological saline, the second group received native bovine surfactant and the last group received recombinant SP-C surfactant. 28 tissues of healthy newborn piglets were used as untreated control group. Quantitative mRNA expression levels of SP-B, SP-C and VEGF was measured from tissues samples of the left lung using Real- time PCR (??CT Method, normalised to control). In addition protein concentrations of surfactant proteins B and C were measured. The results indicated a significantly increased SP-B and decreased SP-C mRNA expression after induction of lung injury compared to healthy controls. Administration of natural surfactant or synthetically surfactant did not affect SP-B or SP-C mRNA and protein levels.In addition VEGF mRNA expression was significantly decreased compared to healthy controls upon MAS induction with no significant changes after surfactant treatment. Previous observations reasoned an induction of SP-B mRNA expression as well as a reduction of SP-C mRNA expression in the context of MAS as a possible consequence of an injury of type II pneumocytes. The unaffected mRNA levels or protein levels of SP-B and SP-C after surfactant application could be due to the short term observation period and requires further long term investigations. The results of this dissertation could give reasons to continuative studies, in which the different effects of those preparations on lung function, gas exchange, histology and inflammation analysed in details.MAS lead to a significantly reduced VEGF expression and previous studies indicated that changes in VEGF expression either a decrease or an increase resulted in acute and chronic lung diseases, e.g. acute respiratory distress syndrome of the newborn. VEGF plays an important physiological role in angiogenesis and vasculogenesis as well as in lung development. The present study could achieve more intensive research of the complex mechanism of injury of MAS and that could lead to development of new therapies.