Die Wirkungen von inhaliertem Interleukin-10 während experimenteller Endotoxinämie in der Ratte

Das „Acute Respiratory Distress Syndrome“ (ARDS) ist eine akut
auftretende, überwiegend Sepsis-induzierte, inflammatorische
Erkrankung der Lunge mit hoher Letalität. Ein komplexes Netzwerk
aus proinflammatorischen Zytokinen und Mediatoren initiiert und
perpetuiert dabei die pulmonale Entzündungreaktion. Vor diesem
Hintergrund steht das Konzept der therapeutischen Suppression
dieser Substanzen. Dem Zytokin Interleukin-10 (IL-10) könnte in
diesem Zusammenhang aufgrund seines ausgeprägten
antiinflammatorischen Wirkspektrums eine Bedeutung zukommen; IL-10
hemmt physiologisch die Synthese und Freisetzung von
Entzündungsmediatoren. In tierexperimentellen Untersuchungen bei
Sepsis bzw. experimenteller Endotoxinämie konnte die protektive
Wirkung von systemisch appliziertem IL-10 auf das Überleben der
Versuchstiere sowie die Verminderung der Konzentrationen
zirkulierender, proinflammatorischer Mediatoren gezeigt werden. Mit
der vorliegenden Studie wurde erstmals untersucht, welche
Auswirkungen eine Behandlung mit inhaliertem IL-10 im Hinblick auf
die pulmonale und systemische Entzündungsreaktion hat. Da die
Tierversuche in der intubierten und kontrolliert beatmeten Ratte
durchgeführt werden sollten, musste zunächst ein hierfür geeignetes
Verneblersystem entwickelt werden. Die in vitro Evaluation des neu
entwickelten Verneblersystems ergab, dass das entwickelte
Jetverneblersystem eine für eine alveoläre Deposition geeignete
Partikelgröße liefert (d = 2µm). In vivo zeigten die produzierten
Aerosolpartikel eine gleichmässige Deposition über die gesamte
Lunge. Insgesamt deponierten rund 3.8%(1.3) (Median(IQR)) der
vernebelten Ausgangslösung in alveolären Bereichen. Der
Vernebelungsprozess beeinflusste weder die Herzfrequenz, den
mittleren arteriellen Blutdruck, den arteriellen Sauerstoff- und
Kohlendioxidpartialdruck noch die Integrität des Lungenparenchyms
und kann daher als sicher angesehen werden. An 24 narkotisierten,
kontrolliert beatmeten Ratten wurde die antiinflammatorische
Wirkung von IL-10-Aerosol untersucht. Die Induktion des
experimentellen Lungenschadens erfolgte durch intravenöse Injektion
von Endotoxin (LPS). Die Tiere wurden zufällig einer von drei
Versuchsgruppen zugeordnet: Die LPS-Gruppe erhielt eine
LPS-Injektion (5mg/kg/KG) ohne therapeutische Intervention. Bei der
IL-10-Gruppe erfolgte unmittelbar vor LPS-Injektion eine Behandlung
mit IL-10-Aerosol (vernebelte Dosis: ~5μg/Tier; deponierte Dosis:
~0.19 μg/Tier). In einer Kontrollgruppe wurde die Auswirkung von
Narkose, chirurgischer Präparation, Beatmung und Aerosolapplikation
(Inhalation von PBS als die IL-10-Trägerlösung) evaluiert. Während
einer Beobachtungszeit von 6h nach LPS-Injektion wurden
kontinuierlich die Hämodynamik und Lungenmechanik sowie stündlich
die arteriellen Blutgase und das Butbild bestimmt. Am Ende der
Versuche erfolgten eine Bronchoalveoläre Lavage (BAL) sowie die
Entnahme von Blut- bzw. Plasmaproben. Wichtigste Zielparameter
waren hierbei die pulmonale und systemische Entzündungsreaktion.
Durch die Injektion von LPS konnte sowohl systemisch als auch
pulmonal eine akute Entzündungsreaktion ausgelöst werden. Zwar
führte die experimentelle Endotoxinämie nur zu geringen
Verschlechterungen der klinischen Parameter, jedoch zeigte sich
sowohl in der BAL als auch im Plasma ein Anstieg der bestimmten
proinflammatorischen Mediatoren (TNF-α, IFN-γ, RANTES, IL-1, IL-6).
Desweiteren führte LPS zu einer Freisetzung reaktiver
Stickstoffradikale aus durch die BAL gewonnenen und ex vivo
kultivierten Alveolarmakrophagen. Die Applikation von IL-10-Aerosol
senkte die erhöhten Konzentrationen von IFN-γ, RANTES, IL-1 und
IL-6 sowohl in der BAL als auch im Plasma. Eine Reduktion der
TNF-α-Konzentration war nur in der BAL nachweisbar. Auch die
Freisetzung von reaktiven Stickstoffradikalen aus
Alveolarmakrophagen wurde durch IL-10-Inhalation suffizient
supprimiert. Die Vernebelung von IL-10 vor Induktion einer
experimentellen Endotoxinämie zeigte sowohl pulmonal als auch
systemisch antiinflammatorische Wirkungen. Basierend auf den hier
vorgestellten Befunden können nun weitere Untersuchungen zur
Beschreibung der Dosis-Wirkungsbeziehung und zur Bestimmung des
Zeitfensters für eine therapeutische Applikation von IL-10-Aerosol
nach LPS-Stimulation folgen.