Kartierung der Wechselwirkungen zwischen der Darm-Lungen-Achse und der Hydrogelbarriere (A05)

• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431232613

Darm und Lunge sind anatomisch unterschiedlich, sind jedoch ueber anatomische Verbindungen und komplexe Interaktionen, jeweils ihre Mikrobiota betreffend, verbunden. Diese Verbindung wird als Darm-Lungen-Achse (GLA) bezeichnet. Diese Wechselwirkung zwischen den Geweben trägt vermutlich zur Aufrechterhaltung physiologischer aber auch pathophysiologischer Zustände bei. Tatsächlich treten chronische Lungenerkrankungen wie Asthma und chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) häufig zusammen mit entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) auf. Bis zu 50 % der Erwachsenen mit IBD haben eine Lungenbeteiligung, z. B. eine Entzündung oder eine eingeschränkte Lungenfunktion, und bei Patienten mit COPD ist die Wahrscheinlichkeit fuer eine IBD 2-3 Mal höher. Darüber hinaus moduliert die GLA auch die Reaktion auf akute bakterielle und virale Lungeninfektionen, wobei letzteres erst kürzlich durch die COVID-19-Pandemie deutlich wurde. Bislang wurden aus dem Darmmikrobiom stammende Komponenten und Metaboliten wie kurzkettige Fettsäuren als mutmaßliche Vermittler der GLA identifiziert. Dennoch sind Mechanismen jenseits des Mikrobioms sehr wahrscheinlich, und es bleiben viele Fragen offen, wie genau sich dieses Zusammenspiel auf die Hydrogele von Lunge und Darm auswirkt und somit möglicherweise zur Manifestation von Komorbiditäten beiträgt.Daher schlagen wir in diesem Nachantrag zum kürzlich eingerichteten SFB 1449 die Entwicklung eines mikrophysiologischen Systems (MPS) vor, welches eine langfristige Ko-Kultivierung von Darm- und Lungenepithelgewebemodellen ermöglicht, um die GLA in einem humanen ex-vivo-System zu simulieren. Dieses MPS wird dann eingesetzt, um unsere Haupthypothese zu testen, welche besagt, dass der Darm-Lungen-Crosstalk die Zusammensetzung und Funktion von epithelialen Hydrogelen bestimmt. Um diese Hypothese zu testen, wurden die folgenden drei Ziele definiert:1. Charakterisierung von Epithelhydrogelen in humanen Darm- und Lungengewebsmodellen.2. Charakterisierung der Auswirkungen des Darm-Lungen-Crosstalk auf Epithelhydrogele.3. Bestimmung der nachgeschalteten Effekte pathophysiologischer Bedingungen und Stimuli auf intestinale und pulmonale Hydrogele.Dieses Projekt ergaenzt den SFB 1449 eine wichtigen und bisher fehlenden Aspekt, da es Projekte mit Schwerpunkt Lunge und Darm verbindet. Genauer gesagt wird der vorgeschlagene Multiorgan-Chip Untersuchungen zum Einfluss der Wechselwirkung zwischen Darm und Lunge auf die Zusammensetzung, Funktion und Aufrechterhaltung von epithelialen Hydrogelen bei Gesundheit und Krankheit ermöglichen. Daher schafft die vorgeschlagene Entwicklung und Charakterisierung eines Darm-Lungen-MPS die Voraussetzungen für eine voraussichtliche zweite Förderperiode, in der der Schwerpunkt auf der Untersuchung zu Auswirkungen pathophysiologischer Stimuli wie Infektionen oder Entzündungen auf epitheliale Hydrogele im Zusammenhang mit dem Darm-Lungen-Crosstalk liegen wird.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 1449: Dynamische Hydrogele an Biogrenzflächen
• Antragstellende Institution: Freie Universität Berlin
• Teilprojektleiterin: Professorin Dr. Sarah Hedtrich