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Die Transfusionsassoziierte Akute Lungeninsuffizienz (TRALI) ist die häufigste tödliche Nebenwirkung der Transfusion von Blutprodukten und wird oft durch mittransfundierte leukozytenreaktive Antikörper (AK) induziert. AK gegen das Humane Neutrophilenantigen (HNA)-3a verursachen häufig schwere Fälle der TRALI. HNA-3a ist auf dem Großteil der Blutzelltypen exprimiert und entsteht durch einen Einzelnukleotidpolymorphismus im Gen des „choline transporter-like protein 2“ (CTL2), welcher zur Substitution der Aminosäureposition 154 in der Sequenz des Proteins führt. Klinische Beobachtungen und zahlreiche Studien legen nahe, dass TRALI-induzierende AK die Akkumulation und Aktivierung von Granulozyten im Lungenkapillarbett verursachen. Durch den Zusammenbruch der Kapillarbarriere kommt es in der Folge zu einem Lungenödem. Die Entwicklung eines Hochdurchsatzverfahrens zur Detektion von HNA-3a-AK in Blutprodukten und die Identifizierung therapierelevanter Schaltstellen, im Pathomechanismus der HNA-3a-AK-induzierten TRALI, waren daher Hauptschwerpunkte dieser Studie. In diesem Zusammenhang wurde ein Nachweissystem für HNA-3a-AK auf der Grundlage von CTL2-Fragmenten etabliert. Ein Screening zahlreicher Anti-HNA-3a-Plasmen ergab, dass mit CTL2-Peptiden in Festphasentests jedoch nur etwa 50% aller HNA-3a-AK nachgewiesen werden können. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Detektion aller HNA-3a-AK nur mit zellbasierten Methoden möglich ist, bei denen CTL2 in seiner natürlichen Konformation vorliegt. Diese Studie leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung des konformationssensitiven Epitops der HNA-3a-AK und identifiziert wichtige Grundvoraussetzungen für Methoden zum Nachweis dieser AK. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung der Interaktion zwischen HNA-3a-AK und Granulozyten. Dieser experimentelle Ansatz gründet auf histopathologischen Lungenuntersuchungen verstorbener TRALI-Patienten, die eine massive Akkumulation und Aggregation von Granulozyten in den Kapillaren aufzeigen. Aus diesem Grund erfolgte die Untersuchung dieser Interaktion zunächst hinsichtlich verschiedener Parameter, die zu einer gesteigerten Sequestrierung von Granulozyten in der Lunge führen können. Hierzu gehören die Granulozytenaggregation (GA), die Versteifung von Zellen und die Zelladhäsion. Die Modifikation des Standard-Granulozytenaggregationstests ergab, dass die HNA-2- und HNA-3a-AK-induzierte GA aktive Prozesse sind, welche unabhängig von Plasmafaktoren stattfinden, jedoch von der Aktivität einer bislang noch nicht identifizierten Serinprotease abhängig sind. Hierbei wurden potente Aggregationsinhibitoren identifiziert welche auch als potenzielle Therapeutika zur Behandlung von TRALI in Frage kommen. Mit Hilfe desselben Testsystems konnte ermittelt werden, dass voraktivierte Granulozyten eine erhöhte Aggregationsneigung aufweisen. Im Zusammenhang mit dem Schwellenwertmodell der TRALI liefert dieses Ergebnis eine mögliche Erklärung, warum Patienten mit schweren Vorerkrankungen häufiger an TRALI erkranken. Neben der GA wurden in dieser Studie zwei weitere Eigenschaften identifiziert, die eine Akkumulation der Zellen in den engen Lungenkapillaren erklären: deren Elastizität und Adhäsivität. Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie wurde nachgewiesen, dass HNA-3a-AK eine Versteifung von Granulozyten induzieren. Ebenso wurde gezeigt, dass HNA-3a-AK das Integrin Mac-1 (CD11b/CD18) auf der Granulozytenoberfläche aktivieren, was zu einer verstärkten Adhäsion der Zellen an Fibrinogen führt. Steifere und adhäsivere Granulozyten akkumulieren möglicherweise vermehrt in den Lungenkapillaren. Eine weitere wichtige Fragestellung dieser Studie war, ob HNA-3a-AK eine direkte Aktivierung von Granulozyten auslösen. Die Untersuchungen ergaben, dass die Aktivierung von CD11b, weder mit der Erhöhung der CD11b-Expression, bzw. mit der proteolytischen Abspaltung von L-Selektin, noch mit einer Sauerstoffradikalproduktion einhergeht. Dieses ungewöhnliche Muster an Veränderungen deutet nicht auf eine Aktivierung zytotoxischer Antworten hin. Seit kurzem ist bekannt, dass HNA-3a-AK Kapillarendothelzellen auch auf direktem Wege aktivieren und dass selbst in Granulozyten-depletierten Mäusen schwache TRALI-Symptome auftreten. Demzufolge ergibt sich ein neues Modell der HNA-3a-AK-induzierten TRALI: Nach Transfusion von HNA-3a-AK bleiben aggregierte, steifere und adhäsivere Granulozyten in den engen Lungenkapillaren stecken und interagieren dort mit dem aktivierten Gefäßendothel. Durch diese Interaktion kommt es vermutlich zur Aktivierung der Granulozyten und zu einer starken Inflammationsreaktion, welche eine weitere Zerstörung der Lungenkapillaren und schließlich ein schweres Lungenödem zur Folge hat. Die besondere Schwere der HNA-3a-AK-induzierter TRALI entsteht also vermutlich nicht aufgrund einer direkten und starken Granulozytenaktivierung, sondern vielmehr durch die gleichzeitige Beeinflussung verschiedener epitoptragender Zelltypen.

Einige Oberflächenstrukturen, die sogenannten aktiven Zentren, sind Katalysatoren für heterogene Reaktionen. Ihre Beständigkeit ist von Art und Zusammensetzung der Phasengrenze abhängig. Eine Wechselwirkung mit reaktiven Molekülen ändert die Oberfläche durch Auflösung, Adsorption oder Oberflächendiffusion. In dieser Arbeit werden die Änderungen der Oberflächenaktivität und –struktur von Gold und Platin nach der Behandlung mit den Hydroxyl-Radikalen aufgezeigt. Die elektrochemische Aktivität von Platin gegenüber Hydrochinon, K3Fe(CN)6 und [Ru(NH3)6]Cl2 wurde durch die Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen nicht beeinflusst. Die Oberfläche wurde allerdings, durch die Bildung einer Oxidschicht, rauer. Die Oxidschichtbildung konnte zyklovoltammetrisch und potentiometrisch nachgewiesen werden. Im Verlauf der Wechselwirkung von H2O2 mit Platin ging Platin in Lösung (ICP-AES). Bei Gold wurden im letzten Jahrzehnt Oberflächenstrukturen mit vielfach erhöhter Aktivität nachgewiesen. Die Experimente zeigten, dass Hydroxyl-Radikale die reaktiven Goldstrukturen (aktiven Zentren) selektiv beeinflussen. Die elektrokatalytische Sauerstoffreduktionsreaktion und die defektorientierte Platinabscheidung wurden durch die vorherige Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen inaktiver. Der Keimbildungsmechanismus blieb hingegen unverändert (instantaneous). Dies wurde mit Hilfe der Zyklovoltammetrie und der Chronoamperometrie nachgewiesen. Topographische Experimente mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) zeigten ein Platinwachstum auf den oberen Teilen der polykristallinen polierten Goldelektrode. Verschiedene Politurmethoden (fein und grob) wiesen zudem eine komplett unterschiedliche Aktivität und Reproduzierbarkeit auf. Mit einer groben Politur konnte eine deutlich bessere Reproduzierbarkeit erreicht werden. Die Identifizierung chemisch aktiver Zentren ist sehr reizvoll. Mit Hilfe von AFM Experimenten konnte die Auflösung von Gold direkt verfolgt werden und damit die aktiven Zentren charakterisiert werden. Morphologische Untersuchungen mit dem Rasterkraftmikroskop belegen eine selektive Änderung der Kristallite und Korngrenzen nach der Wechselwirkung einer ausgeheilten Goldoberfläche mit Hydroxyl-Radikalen (in- und ex-situ). Es kann angenommen werden, dass die selektive Oberflächenänderung bei Gold durch die inhomogene Verteilung der Elektronendichte und verschiedene Bindungszustände der Oberflächengoldatome beeinflusst ist. Herausstehende Kristallstrukturen sind nach der Wechselwirkung mit den Hydroxyl-Radikalen kleiner und die Korngrenzen zwischen den Goldkristallen tiefer. Die nach der einmaligen elektrochemischen Zyklisierung auftretenden Oberflächenänderungen sind den Änderungen nach Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen ähnlich. Ein mehrmaliges Zyklisieren führt hingegen zu ein er deutlich veränderten Oberflächenstruktur.