Entzündungsinduktion durch steriles fäkales Mikrobiomfiltrat von Colitis ulcerosa-Patienten in einem immunkompetenten humanen Darmchipmodell

Einleitung Nach aktuellem Krankheitsverständnis handelt es sich bei der Colitis ulcerosa (CU) um eine in Schüben verlaufende chronisch entzündliche Darmerkrankung, die auf einer Überreaktion des mukosalen Immunsystems in genetisch suszeptiblen Individuen beruht und mit Veränderungen des Darmmikrobioms assoziiert ist. Ob diese Dysbiose eher Ursache oder Folge der chronischen Entzündungsreaktion ist, bleibt weiterhin Gegenstand aktueller Forschungsbemühungen.

Ziele Wegen der fehlenden Kultivierbarkeit des Darmmikrobioms wurde in einem reduktionistischen Ansatz steriles fäkales Mikrobiomfiltrat (FMF) hergestellt und auf potentiell entzündungsfördernde Effekte in einem durch Hinzunahme von Makrophagen gesunder Spender immunkompetenten, humanen Darmchipmodell untersucht.

Methodik Die aus humanen CaCo2-Zellen kultivierte Darmepithelseite eines Zweikammer-Darmchipmodells ([Abb. 1a, b]) wurde über 48 h entweder mit FMF von CU-Patienten (n=11) mit endoskopisch und biochemisch definierter aktiver Erkrankung (endoskopischer [e] MAYO-Score≥2 und Calprotectin>250 µg/g; n=6) oder Remission (eMAYO-Score≤1/Calprotectin≤250 µg/g; n=5) sowie gesunder Kontrollpersonen (GK; n=4) perfundiert. Die Konzentrationen von 13 Zyto- und Chemokinen in den Perfusionsmedien der vaskulären Chipseite wurden zu den Zeitpunkten 0 h, 24 h und 48 h mittels bead-basiertem Immunoassay bestimmt. Das Ausmaß der Barriereschädigung wurde mittels FITC-Dextran-Permeabilitätsassay quantifiziert. Am Gewebe des Chips erfolgte nach Präparation eine Fluoreszenzmikroskopie mit Immunhistochemie auf E-Cadherin, ZO-1, Ki-67 und DAPI (epithelial) beziehungsweise VE-Cadherin, CD68 und DAPI (endothelial).

Abb. 1  

Ergebnis Im Gegensatz zu FMF von GK oder von Patienten mit CU in Remission führte die Stimulation mit FMF von Patienten mit aktiver CU zu einem deutlichen, zeitabhängigen Anstieg der proinflammatorischen Zytokine IL-1β, IL-6, IL-8 und MCP-1 auf der vaskulären Seite ([Abb. 2]). Ein wesentlicher Unterschied in der Permeabilität fand sich nicht. In der Fluoreszenzmikroskopie ([Abb. 3a, b]) zeigte sich eine strukturelle Dysorganisation der epithelialen und endothelialen Zellverbände, die aktuell mit bioinformatischer Bildanalyse weiter aufgearbeitet wird.

Abb. 2  

Abb. 3  

Schlussfolgerung FMF von aktiven CU-Patienten als Repräsentant der krankheitsspezifischen Dysbiose induziert in einem humanen Darmmodell per se Entzündung, was auf eine krankheitsauslösende Rolle hinweist.

präsentiert in der Sitzung: CED 2023 – State of the ArtDonnerstag, 14. September 2023, 09:30–11:00, Saal 3

 

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Article published online:
28 August 2023