Titel: Einfluss verschiedener bakterieller Stämme auf das enterische Nervensystem

Inhalt: Das menschliche Mikrobiom setzt sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Bakterien zusammen. In dieser Arbeit wurden Effekte einzelner Bakterienstämme, als Teil des Darmmikrobioms, auf das enterische Nervensystem (ENS), beziehungsweise auf die Darmmotilität, als eine der Hauptfunktionen des ENS, untersucht. Dazu wurden bestimmte Darmabschnitte mit bakteriellen Überständen bzw. lebenden Bakterien luminal perfundiert. Die Bewegung des Darms wurde mit einer Videokamera aufgezeichnet und die Änderung der Bewegung über die Zeit mit einer speziellen Software ausgewertet.  Änderungen des Darmdurchmessers über die Zeit wurden grafisch dargestellt. Der Einfluss der Bakterienstämme auf das ENS wurde zusätzlich durch Ko-Kulturen aus primären ENS-Zellen der Maus und Bakterien bzw. deren Überständen mittels immunhistochemischen Methoden untersucht. Zusätzliche immunhistochemische Methoden wurden an whole-mount Präparaten des Plexus Myentericus durchgeführt, wobei die Aktivität von Neuronen in Abhängigkeit von einem bakteriellen Stimulus erforscht wurde. Durch ein Calciumimaging, welches mit kultivierten Zellen des ENS durchgeführt wurde, konnte das intrazelluläre Calciumsignal der Zellen über einen Fluoreszenzfarbstoff gemessen werden. Dieses Calciumsignal erlaubt Rückschlüsse auf eine Erregung der Zellen, welche durch bakterielle Stimuli ausgelöst werden.

Betreut durch: Prof. Dr. Karl-Herbert Schäfer und Maximilian Weyland, M. Sc., AG Enterisches Nervensystem, Hochschule Kaiserslautern, Campus Zweibrücken.

Titel: Etablierung eines innervierten, in vivo-äquivalenten 3D-Co-Kulturmodells der intestinalen Mukosa

-verfasst in Englisch-

Inhalt: Die Funktionen des Gastrointestinaltraktes, wie Nahrungstransport, Verdauung und regionale Durchblutung, werden durch das enterische Nervensystem (ENS) reguliert und gesteuert. Hierbei wird das ENS nicht nur dem Mikrobiom und den Nahrungsbestandteilen im Darmlumen ausgesetzt, sondern interagiert auch mit anderen Zelltypen innerhalb der Darmwand, z.B. den lokalen Makrophagen, Zellen des Immunsystems. In zunehmendem Maße zeichnet sich die Wechselwirkung zwischen den im Darmgewebe vorliegenden Immunzellen und dem Nervensystem als wesentliche Komponente für viele Erkrankungen, nicht nur des Darms, sondern auch des Nervensystems ab.
Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein dreidimensionales in vitro Co-Kulturmodell zur Untersuchung solcher Wechselwirkungen in einem kontrollierten System zu etablieren. Dieses Modell kann als Testsystem für Reaktionen auf entzündliche Stimuli, Infektionen und Stressfaktoren dienen.
Im Modell wurden zu Makrophagen differenzierte Zellen der humanen monozytischen Zelllinie THP-1 zusammen mit primären murinen ENS Zellen in einer dreidimensionalen Matrix kultiviert. Anschließend wurde durch die Zugabe von Zellen der humanen Enterozyten Zelllinie Caco-2 eine Epithelschicht aufgebaut. Die Verwendung einer geeigneten extrazellulären Matrix zur Einbettung der Immun- sowie Nervenzellen, welche zudem die Ausbildung einer konfluenten Epithelschicht erlaubt, sowie die Zusammensetzung eines geeigneten Nährmediums für die Co-Kultur musste etabliert werden. Nach erfolgreicher erster Etablierung eines Co-Kultursystems, welches die Lebensfähigkeit aller drei Zelltypen erlaubt, wurden neben der morphologischen Charakterisierung und Viabilitätstests erste Funktionstests des Modells durchgeführt. Hierzu gehörten Messung des transepithelialen elektrischen Widerstandes zum Nachweis der Barriereeigenschaft des Modells sowie die Messung von sekretierten inflammatorischen Zytokinen mittels Immunoassays und FACS Bead Analysen. Der entzündete Zustand, ausgelöst durch die Zugabe von Lipopolysaccharid (LPS) und IL-1β, wurde mit dem nicht-entzündeten Zustand der Kultur vergleichen.

Betreut durch: Prof. Dr. Claus-Michael Lehr und Dr. rer. nat. Brigitta Loretz, Abteilung Drug Delivery, Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) sowie Prof. Dr. Karl-Herbert Schäfer, AG Enterisches Nervensystem, Hochschule Kaiserslautern, Campus Zweibrücken.

Die Möglichkeit, immer in Anlehnung an den neusten Stand der Forschung selbstständig an einem Projekt zu arbeiten, wie auch die gemeinsame Diskussion und der Austausch innerhalb der Arbeitsgruppe gefallen mir sehr an der wissenschaftlichen Arbeit.