De effecten van humane endotoxemie op de functionele capaciteit van hematopoetische stam- en voorloperscellen

Sepsis is een grote medische uitdaging gekenmerkt door een systemische
ontstekingsreactie, en is geassocieerd met een hoge mortaliteit en toenemende
incidentie. De immuunrespons bij sepsis is zeer variabel tussen patiënten en
kan zowel een hyperinflammatory en immunosuppressieve toestand omvatten. Het
experimentele humane endotoxemie model wordt algemeen gebruikt voor onderzoek
naar de effecten van systemische ontsteking in vivo bij de mens, omdat het
kenmerken van zowel de hyperinflammatory en immunosuppressieve toestand van
sepsis, laatstgenoemde voorbeeld de ontwikkeling van tolerantie endotoxine
draagt. Tot op heden heeft mechanistisch onderzoek naar systemische ontsteking
bij de mens is beperkt tot het perifere bloed compartiment, als
weefsel-ingezetenen cellen zijn niet gemakkelijk beschikbaar zijn voor het
oogsten. Een verschil in duur van ex vivo en in vivo endotoxine tolerantie van
circulerende leukocyten, en het gebrek aan correlatie tussen ex vivo en in vivo
responsen op endotoxinen bij mensen suggereren dat immuuncellen in andere
compartimenten, in plaats van bloed circulerende leukocyten, zijn belangrijke
effectoren van de in vivo ontstekingsreactie. De functie van beenmergcellen in
de in vivo ontstekingsreactie is momenteel niet bekend. Hematopoietische stam-
en voorlopercellen in beenmerg express Toll-achtige receptoren en daardoor
wordt aangenomen dat immunomodulerende functies. Macrofagen afgeleid van humane
hematopoietische stam- en progenitorcellen vertonen verminderde
ontstekingscytokineproductie na blootstelling aan een agonist TLR2 macrofagen
vóór ontwikkeling. Deze gegevens suggereren een belangrijke rol voor het
beenmerg compartiment regulatie van de ontstekingsreactie. In deze studie
willen we onderzoeken of LPS induceert veranderingen in functie van
beenmergcellen en hun downstream-effector cellen. Verder zullen we ook
onderzoeken andere vakken, zoals het bloed en de longen. Om volledig te
onderzoeken onderliggende mechanismen achter functionele veranderingen in deze
celtypes, zullen we gebruik maken van state-of-the-art systemen-biologische
technieken, met inbegrip van transcriptomics, epigenetica, en cellular
metabolism

Primaire onderzoeksdoel:

- Het karakteriseren van hematopoeitische stam en voorlopercellen voor en na
humane endotoxemie

Secundaire onderzoeksdoelen:

- Het effect van endotoxemie op de functionele capaciteit van alveolaire
macrofagen in het sputum.
- Het effect van endotoxemie op veranderingen in het transcriptoom
(inflammatoire transcriptie pathways) van humaneh ematopoietische stam- en
voorlopercellen, leukocyten en alveolaire macrofagen.
- Het effect van endotoxemie op veranderingen in het epigenoom (complement van
chemische verbindingen betrokken bij genexpressie) van humane hematopoietische
stam- en voorlopercellen, leukocyten en alveolaire macrofagen.
- Het effect van endotoxemie op veranderingen in het cellulair emetabolisme van
humane hematopoietische stam- en voorlopercellen, leukocyten en alveolaire
macrofagen.
- De correlatie van polymorfismen in genen betrokken bij het aangeboren
immuunsysteem (bijvoorbeeld autofagie ATG2b en ATG5 SNPs) met immuunfunctie en
inductie van tolerantie endotoxine.
- Het bepalen van de levensduur en de transit-times van verschillende
subgroepen leukocyten en hun voorlopers in het beenmerg bij homeostase en
tijdens endotoxemie

Dit is een exploratieve gerandomiseerde placebo-gecontroleerde pilot studie in
12 gezonde mannelijke vrijwilligers.

Het onderzoek vindt plaats op de research unit van de intensive care afdeling
van het Radboud Universitair Medisch Centrum, Nijmegen. De duur van de studie
periode voor elk individu onderwerp zal drie weken bedragen. Na medische
goedkeuring en informed consent zullen de proefpersonen willekeurig worden
toegewezen aan de LPS groep (n = 8) of aan de placebogroep (n = 4).

Op eerste challenge dag krijgen de proefpersonen een bolus LPS van 2 ng / kg (n
= 8) of een placebo-oplossing (n = 4). De LPS groep zal een tweede LPS
challenge krijgen om de mate van in vivo endotoxine tolerantie te bepalen.

Om de hematopoietische stam- en progenitorcellen te karakteriseren zullen
proefpersonen driemaal een beenmergonderzoek ondergaan; een week vóór
(baseline), 4 uur na, en 7 dagen na de eerste challenge. Bovendien zal bloed
worden afgenomen en sputum (dat alveolaire macrofagen bevat) worden verzameld.
Daarnaast zal deuterium glucose worden gebruikt om onstekingscellen te kunnen
labelen.

Deze studie onderzoekt de effecten van experimentele endotoxemie op systemische ontstekingsreactie en endotoxine tolerantie in verschillende compartimenten van het lichaam (beenmerg, bloed en longen). LPS zal dienen als een challenge agent om de systemische ontsteking te veroorzaken. Geen medicamenteuze behandeling wordt gegeven. De acht proefpersonen in de LPS groep werden twee keer gechallenged met LPS, op dag 8 en dag 15. De vier proefpersonen in de placebogroep zal een placebo challenge op dag 8 krijgen en zij zullen niet worden opgenomen op dag 15. Er is geen geblindeerde procedure nodig omdat de effecten van LPS injectie duidelijk merkbaar zullen zijn.

Proefpersonen zullen de research unit van de intensive care in totaal 6 keer te
bezoeken; voor screening, eerste label dag, eerste beenmergonderzoek, tweede
labeldag, eerste challenge dag en tweede challenge dag. De vrijwilligers zullen
uitgebreid gescreend worden (medische anamnese, lichamelijk onderzoek en
bloedonderzoek). De toediening van een lipopolysaccharide veroorzaakt
griepachtige symptomen gedurende ongeveer 3-4 uur. Dit model van systemische
ontsteking wordt al meer dan 10 jaar op onze afdeling veilig toegepast. Tijdens
de LPS challenge zullen de patiënten onder voortdurend toezicht van een ervaren
arts staan, met een continue controle van de bloeddruk en hartslag. De
endotoxemie en risico's zijn identiek aan eerdere endotoxemie studies
uitgevoerd op onze afdeling. Beenmerg onderzoek zal worden uitgevoerd door een
zeer ervaren physician assistant van de afdeling hematologie. Het beenmerg
onderzoeken in een eerdere studie werden zeer goed verdragen door de
proefpersonen. Maximaal 500 ml bloed zal gedurende de studie worden afgenomen,
dit is vergelijkbaar met eerdere studies en heeft nooit in bijwerkingen
geresulteerd. Het labelen van leukocyten is veilig, non-invasief, en de groep
van prof. Koenderman is zeer ervaren in het gebruik van deze techniek. De
proefpersonen zullen niet direct profiteren van deelname aan de studie. Dit
onderzoek zal het inzicht in de inflammatoire processen in het beenmerg en
daarmee ons begrip van systemische ontsteking, endotoxine tolerantie en sepsis
verbeteren. Mogelijk biedt dit nieuwe therapeutische opties in de toekomst. Het
risico voor de proefpersonen in deze studie is geclassificeerd als een
*verwaarloosbaar risico* (laag risico op lichte schade). Een onkostenvergoeding
wordt uitgereikt na voltooien van de studie.