Keratinozytenwachstumsfaktor reduziert das alveoläre Ödem in isogenen Lungentransplantaten der Ratte

Abstract

Der Schaden durch die transplantationsassoziierte Ischämie & Reperfusion (I&R) stellt einen bekannten Auslöser der Lungeninsuffizienz ( primary lung graft dysfunction ) in den ersten 72 h nach Lungentransplantation (LTx) dar. Zahlreiche tierexperimentelle Modelle der akuten Lungenschädigung, denen eine Vorbehandlung mit Keratinozytenwachstumsfaktor (KGF) gemeinsam war, belegten bereits mehrfach den pulmonal-protektiven Effekt von KGF.Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es zu prüfen, ob im Zuge einer isogenen LTx eine lokale Vorbehandlung des Spenders mit dem rekombinanten humanen DeltaN23-trunkierten KGF (rHuDeltaN23-KGF, Palifermin) in der Lage ist, das I&R-assoziierte Alveolarödem zu reduzieren.Zur Durchführung der isogenen orthotopen linksseitigen LTx wurden männliche Lewis-Inzuchtratten eingesetzt. Die Behandlung der Transplantatspender mit rHuDeltaN23-KGF (5 mg/kg KG; n=6) erfolgte via intratracheale Instillation und fand an den Tagen 3 und 2 vor der geplanten LTx statt. Bei den Spendertieren der Kontrollgruppe (n=7) führte man die Behandlung mit äquivalenten Volumina der PBS-Lösung ( phosphate buffered saline ) durch. Die Entnahme der Lungen für die geplanten Untersuchungen erfolgte am Tag 1 nach der LTx. Durch die intravasale Perfusionsfixierung blieben die Alveolarräume unbeeinträchtigt. Die quantitative lichtmikroskopische Analyse des alveolären Ödems erfolgte mit Hilfe der design-based Stereologie unter Einsatz von systematic uniform random sampling (SURS).Die mit rHuDeltaN23-KGF behandelten Lungentransplantate (KGF tx) zeigten eine deutliche Hyperplasie der Alveolarepithelzellen Typ II. Dieser Befund belegt, dass das Behandlungskonzept in Form der intratrachealen Instillation technisch erfolgreich umgesetzt werden konnte. Die Volumendichte des alveolären Ödems in seinem Referenzraum PARENCHYMA Vv(alv. edema, PAR) betrug in den mit PBS behandelten Lungentransplantaten (PBS tx) 3,4±1,1%* versus 1,6±0,8%* in den KGF tx (p=0,005). Das massenspezifische Volumen des alveolären Ödems MSV(alv. edema) betrug in den PBS tx 0,32±0,11* [mm3/g KG] versus 0,18±0,10* [mm3/g KG] in den KGF tx (p=0,035).Damit wurde gezeigt, dass die intratracheale Vorbehandlung des Spenders mit rHuDeltaN23-KGF das I&R-assoziierte Alveolarödem im Lungentransplantat signifikant reduziert. Eine naheliegende Erklärungsmöglichkeit wie der pulmonal-protektive Effekt von KGF vermittelt wird, besteht am ehesten in der durch rHuDeltaN23-KGF verbesserten Homöostase des Surfactantsystems.Eine intratracheale Vorbehandlung des Spenders mit KGF könnte insbesondere im Kontext der Lobar-Lebendspende ( living donor lobar lung transplantation , LDLLT) eine viel versprechende Strategie der Prävention des I&R-assoziierten Alveolarödems liefern. Bei LDLLT würde nicht nur der Empfänger, sondern auch der Spender profitieren, da exogener KGF in Tierexperimenten das kompensatorische Lungenwachstum nach einer Pneumon-ektomie fördert. Auf Grund der Untersuchungen von Hirschburger et al. (2009) zur allogenen LTx bei der Ratte, die keinen Vorteil einer Spenderbehandlung mit rHuDeltaN23-KGF zeigten, ist diese Anwendung jedoch in Frage gestellt, da eine LDLLT immer eine allogene Transplantation ist.Sofern es sich nicht um den Einsatz im Rahmen einer allogenen LTx handelt, wäre es möglich, dass KGF die Überlebenschancen der Patienten mit akuter Lungenschädigung verbessert. Auch bei Operationen unter Verwendung des kardio-pulmonalen Bypasses, die einen I&R-Schaden der Lungen unweigerlich zur Folge haben, könnte die pulmonalprotektive Wirkung von KGF genutzt werden.* Mittelwert ± Standardabweichung Ischemia & reperfusion injury (I&R) is a well-known cause for primary lung graft dysfunction during the first 72 h after lung transplantation (LTx). Pre-treatment with Keratinocyte Growth Factor (KGF) has been used to prevent different kinds of experimental acute lung injury in rodents.The main purpose of this study was to test whether a local pre-treatment of the donor lung with DeltaN23-truncated KGF (rHuDeltaN23-KGF, Palifermin) in the course of isogeneic LTx, reduces I&R-associated alveolar edema.Male Lewis inbred rats were used for isogeneic orthotopic transplantation of left lungs. Donor pre-treatment via intratracheal instillation of rHuDeltaN23-KGF (5 mg/kg KG; n=6) was performed on day 2 and 3 before scheduled LTx. Control animals (n=7) received an equivalent volume of phosphate buffered saline (PBS). Graft recipients were sacrificed 1 day after LTx. Due the fixation via vascular perfusion, the alveolar space remained intact. Qualitative analysis of alveolar edema was performed by means of design-based stereology using the principle of systematic uniform random sampling.Histological sections of lung isografts originated from donors, which were treated with rHuDeltaN23-KGF (KGF tx), revealed pronounced hyperplasia of type II pneumocytes. This is the typical feature of rat lungs treated with KGF, described by several authors, which indicated that the pre-treatment via intratracheal instillation was successful. The volume density of alveolar edema in its reference space PARENCHYMA Vv(alv. edema, PAR) in isografts from control treated donors (PBS tx) amounted to 3.4±1.1%* versus 1.6±0.8%* in KGF tx (p=0.005). The mass-specific volume of the alveolar edema MSV(alv. edema) in PBS tx amounted to 0.32±0.11* [mm3/g KG] versus 0.18±0.10* [mm3/g KG] in KGF tx (p=0.035).The present study has shown that donor pre-treatment with rHuDeltaN23-KGF via intratracheal instillation significantly protects lung isografts against I&R-associated alveolar edema. This effect appears to be mediated by an improved surfactant homeostasis.Donor pre-treatment with KGF via intratracheal instillation could be a promising strategy for the prevention of I&R-associated alveolar edema, especially in living donor lobar lung transplantation (LDLLT). Furthermore, in case of LDLLT, the pre-treatment with KGF could be beneficial not only for donors but also for recipients, because exogenous KGF has been shown to enhance post-pneumonectomy compensatory lung growth in adult rats.The study on allogeneic LTx in the rat by Hirschburger et al. (2009), however, has not shown any beneficial effects after donor pre-treatment with KGF. As LDLLT is always an allogeneic transplantation, donor pre-treatment with KGF is unlikely to be successful. Nevertheless, KGF might increase survival rates of patients with acute lung injury. Furthermore, KGF might be used in order to protect against lung injury due to I&R, which is inevitable in operations involving cardio-pulmonary bypass.* mean ± standard deviation