Etablierung und Charakterisierung eines translationalen Tiermodells der Hyperoxie-vermittelten neonatalen Hirn- und Lungenschädigung

Zielsetzung: Mit etwa 11% aller Neugeborenen weltweit ist eine Frühgeburt eine der häufigsten Ursachen für Mortalität und Langzeitmorbidität, wie z.B.: der bronchopulmonalen Dysplasie (BPD) und der Enzephalopathie des Frühgeborenen (EoP). Kinder mit einer BPD entwickeln häufig neurologische Defizite, wodurch Untersuchungen einer potentiellen Lungen-Gehirn-Achse in den Fokus rücken. Ziel dieser Arbeit ist ein Hyperoxie-vermitteltes, kombiniertes Schadensmodell in Gehirn und Lunge zu etablieren, charakterisieren und mögliche Korrelationen zwischen beiden Organen zu identifizieren.

Methoden: Neugeborene Wistar-Ratten wurden ab postnatalem Tag 2 (P2) für 7 Tage einer Hyperoxie mit 80% Sauerstoff ausgesetzt. Molekulare und strukturelle Veränderungen der weißen Substanz des Gehirns wurden mittels Immunhistochemie (IHC), Western Blot und qPCR analysiert. Mit Hilfe einer Hämalaun-Eosin Färbung wurden histomorphometrische Analysen in der Lunge durchgeführt. Die Infiltration von Makrophagen in die Lunge sowie eine Mikrogliaaktivierung im Gehirn als inflammatorische Reaktion wurden über die Marker CD68 bzw. Iba1/CD68 untersucht. Die Analyse der Vaskularisierung beider Organe wurde mittels IHC-Färbung für von-Willebrand-Faktor (vWF) analysiert. Mögliche Zusammenhänge der Schädigungen beider Organe wurden mittels Korrelationsanalysen untersucht.

Ergebnisse: Zum Termin-äquivalenten Zeitpunkt P11 zeigten Hyperoxie-behandelte Jungtiere auf struktureller und molekularbiologischer Ebene in Gehirnen eine robuste Schädigung der weißen Substanz begleitet von einer Reduktion der Oligodendrozyten und eine verminderte Expression von CD68 auf Mikrogliazellen. Während eine erhöhte Gefäßdichte im Gehirn nachwiesen wurde, verringerte sich die Anzahl der pulmonaren Mikrogefäße. Gleichzeitig wurde eine erhöhte Septendicke und eine Makrophagenanzahl in der Lunge im Vergleich zur Kontrolle nachgewiesen. Des Weiteren korrelieren die reduzierten Myelinisierungsmarker mit der reduzierten Vaskularisierung und Expression alveolarer Marker in der Lunge.

Zusammenfassung: Eine einwöchige Hyperoxie in neonatalen Ratten zeigte eine simultane Schädigung prominenter Marker in Gehirn und Lunge, die charakteristisch für EoP und BPD sind. Die ermittelten Korrelationen zwischen beiden Organen könnten interessant für zukünftige, fokussierte Untersuchungen und das Verständnis der Lungen-Hirn-Achse sein. Um mögliche Kausalitäten zu identifizieren sollte untersucht werden, ob z.B.: Therapien zur Stabilisierung der Gefäßentwicklung in der Lunge oder eine Überexpression alveolarer Marker zur Verbesserung der Myelinisierung im Gehirn beitragen. Des Weiteren wird das Potential einer simultanen therapeutischen Stammzellapplikation auf die Schädigung beider Organe untersucht.

Interessenskonflikte

Es bestehen keine Interessenskonflikte.

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
19. Mai 2025