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Das WBP-System von Tow-Int Tech unterstützt die Forschung

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zur Prävention und Behandlung von akuten Lungenverletzungen (ALI) und akutem Atemnotsyndrom (ARDS)

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Einführung

Kürzlich untersuchte Chen-Xiao Yan von der Universität Nanjing zusammen mit den Forschern Kena Sun, Xia Zhu und anderen den Mechanismus, durch den oligomere Proanthocyanidine (OPCs) akute Lungenverletzungen (ALI) über die Darm-Lungen-Achse lindern, indem sie die Bildung von extrazellulären Neutrophilenfallen (NETs) und Entzündungen hemmen. Der Artikel wurde im Journal of Functional Foods veröffentlicht. Diese Zeitschrift konzentriert sich auf die Forschung im Zusammenhang mit funktionellen Lebensmitteln und deckt verschiedene Bereiche ab, darunter Lebensmittelwissenschaft, Ernährung und Biologie, was sie zu einer führenden akademischen Publikation in diesem Bereich macht.

Forschungshintergrund:ALI und Sepsis

Sepsis ist ein lebensbedrohlicher Zustand, der durch eine Funktionsstörung mehrerer Organe gekennzeichnet ist, wobei die Lunge eines der am stärksten betroffenen Organe ist. Über 50 % der Sepsispatienten entwickeln eine akute Lungenverletzung (ALI) oder ein akutes Atemnotsyndrom (ARDS), was die Prognose der Patienten erheblich beeinträchtigt.

Die Rolle der OPCs:

Oligomere Proanthocyanidine (OPCs) sind eine Klasse natürlicher polyphenolischer Verbindungen, die aus Pflanzen gewonnen werden. Sie besitzen verschiedene bioaktive Eigenschaften, darunter antioxidative und entzündungshemmende Wirkungen.

Experimentelle Methoden

Tiermodell:

Ratten wurden als Versuchspersonen verwendet, um die Wirkung oligomerer Proanthocyanidine (OPC) durch Verabreichung von Traubenkernextrakt zu untersuchen.

Intervention:

OPCs wurden oral verabreicht, wobei zu verschiedenen Zeitpunkten Proben für die Analyse entnommen wurden.

Nachweis-Indikatoren:

Funktion der Darmbarriere: Die Auswirkungen von OPCs auf die Dicke der Darmschleimschicht, die Darmpermeabilität und die Zusammensetzung der Darmmikrobiota wurden untersucht.

Pathologische Veränderungen der Lunge: Die Struktur des Lungengewebes und die Zellapoptose wurden mithilfe von Gewebeschnittfärbung und Immunfluoreszenzmikroskopie beobachtet.

Bildung von NETs: Zur Bewertung der Bildung von NETs wurden die Konzentrationen von cf-DNA, NE (neutrophile Elastase) und H3cit (citrulliniertes Histon H3) im Plasma und im Lungengewebe gemessen.

Entzündungsmarker: Die Konzentrationen von entzündlichen Zytokinen wie IL-6, IL-1β und TNF-α im Plasma und Lungengewebe wurden gemessen.

Experimentelle Ergebnisse (Verbesserung der akuten Lungenschädigung bei Sepsis-Mäusen durch OPCs)

Verbesserung der Funktion der Darmbarriere: OPCs förderten die Schleimsekretion, erhöhten die REG3γ-Expression und stärkten die Darmschleimbarriere, wodurch die Verlagerung von Darmbakterien verhindert wurde.

Regulierung der Darmmikrobiota: OPCs hemmen die Vermehrung schädlicher Bakterien wie Escherichia coli und Shigella und erhöhen gleichzeitig die Anzahl nützlicher Bakterien wie Lactobacillus, wodurch das Gleichgewicht der Darmmikrobiota erhalten bleibt.

Verringerung von Lungenschäden: OPCs reduzierten signifikant die Apoptoserate im Lungengewebe und die Bildung von NETs, senkten den Gehalt an entzündlichen Zytokinen und linderten die durch Sepsis verursachte Lungenschädigung.

Auswirkungen auf Stoffwechselwege: Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass OPCs möglicherweise schützende Wirkungen haben, indem sie mit dem Darmmikrobiom zusammenhängende Stoffwechselprodukte verändern, obwohl weitere Forschungen erforderlich sind, um die spezifischen Mechanismen zu klären.

Erhöhte Überlebensrate und verbesserte Lungenfunktion: Mäusen mit Sepsis wurden unterschiedliche Konzentrationen von OPCs injiziert, und eine Dosis von 60 mg/kg erhöhte die Überlebensrate signifikant. Im Vergleich zur LPS-Gruppe zeigten die OPC-behandelten Mäuse weniger Lungenblutungen und -schwellungen sowie eine verbesserte Lungenfunktion, die sich in einer kürzeren Entspannungszeit und einem erhöhten Fluss in der Mitte der Exspiration widerspiegelte, was darauf hindeutet, dass OPCs Lungenschäden lindern können.

Entzündungshemmende Effekte:

OPCs verringerten die Spiegel von IL-6 und IL-1β im Plasma und Lungengewebe, hemmten den LPS-induzierten Anstieg von High-Mobility Group Box 1 (HMGB1) und Matrix-Metalloproteinase 9 (MMP-9) und stellten das Gleichgewicht zwischen Tissue Factor (TF) und Tissue Factor Pathway Inhibitor (TFPI) wieder her, wodurch die Lungenentzündung und -schädigung gelindert wurde.

Diskussion und Schlussfolgerung

OPCs üben durch die Regulierung der Darm-Lungen-Achse signifikante schützende Wirkungen gegen die durch Sepsis verursachte akute Lungenverletzung aus. Dazu gehören die Verbesserung der Barrierefunktion des Darms, die Regulierung der Homöostase der Darmmikrobiota und die Hemmung der Bildung pulmonaler NETs und Entzündungen. Die Studie bietet theoretische Unterstützung für den Einsatz von OPCs in der klinischen Behandlung von sepsisbedingten akuten Lungenverletzungen. Es sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die an den Stoffwechselwegen beteiligten Mechanismen zu erforschen, damit klinische Anwendungen und die Entwicklung funktioneller Produkte auf Pflanzenbasis erleichtert werden.

Während des Experiments verwendeten die Forscher das Tow-Int Tech Ganzkörper-Plethysmographiesystem zur Untersuchung der Lungenfunktion bei Mäusen.

1. Messprinzip und Ausrüstung:

Bei dieser Technik wird die Lungenfunktion gemessen, indem Druckänderungen in einer Volumenkammer festgestellt werden, die durch die Atembewegungen der Tiere verursacht werden. Für das Experiment wurde das 8-Kanal-Ganzkörper-Plethysmographiesystem (WBP-8M) von Tow-Int Tech verwendet, das mit einem Atmungssensor zur Aufzeichnung von Druckschwankungen ausgestattet ist.

2. Experimenteller Ablauf:

a. Zunächst wurden die mit Bittersäure markierten Mäuse für eine zweiminütige Akklimatisierungszeit in den Tow-Int Tech Ganzkörperplethysmographen gesetzt.

b. Dann wurde die Atmung der Mäuse acht Minuten lang kontinuierlich überwacht, wobei das Tow-Int Tech Ganzkörperplethysmographiesystem die mit der Atmung verbundenen Druckänderungen aufzeichnete.

3. Datenanalyse und Ergebnisse:

Die Daten wurden mit Hilfe des Algorithmus der Tow-Int Tech Plethysmographie-Analysesoftware analysiert, die aus den aufgezeichneten Druckveränderungsdaten die Lungenfunktionsparameter der Mäuse ableitete. Diese Parameter spiegeln den Status der Lungenfunktion bei den Mäusen wider und liefern grundlegende Daten für nachfolgende Studien über die Auswirkungen von OPCs auf die Lungenfunktion. Diese Daten tragen zu einem tieferen Verständnis der Mechanismen bei, durch die OPCs die Lungenfunktion von Mäusen verbessern, die an Sepsis erkrankt sind.

Tow-Int Tech Ganzkörper-Plethysmographie-System

Das Tow-Int Tech Ganzkörper-Plethysmographiesystem verwendet die Methode der Ganzkörper-Plethysmographie bei wachen und frei beweglichen Kleintieren, um die Lungenfunktion und die Reaktionsfähigkeit der Atemwege zu testen. Die Atmung des Tieres verursacht die Thoraxbewegung in der Plethysmographenkammer, was zu Volumenänderungen führt. Diese Volumenänderungen werden über Druckwandler und Verstärker in elektrische Signale umgewandelt und dann von einem Computer verarbeitet, um die Atemkurve darzustellen und verschiedene Atmungsparameter wie Tidalvolumen (TV), Spitzenexspirationsfluss (PEF) und Atemfrequenz zu berechnen.

In Kombination mit Optogenetik kann dieser Ansatz die Kontrollmechanismen des Atemrhythmus erforschen.

Oligomere Proanthocyanidine (OPC) sind eine Klasse von polyphenolischen Verbindungen, die in der Natur in verschiedenen pflanzlichen Lebensmitteln weit verbreitet sind. Diese Stoffe sind eine Form von Proanthocyanidinen, die typischerweise in oligomeren Formen wie Dimeren, Trimeren usw. vorkommen. Zu den Lebensmitteln, die reich an oligomeren Proanthocyanidinen sind, gehören unter anderem:

Traubenkerne: Traubenkerne sind eine der bekanntesten Quellen für oligomere Proanthocyanidine (OPCs).

Cranberries: Diese kleinen roten Beeren enthalten ebenfalls relativ hohe Konzentrationen an OPCs.

Kakaobohnen: Der Rohstoff für Schokolade enthält eine gewisse Menge an OPCs.

Apfelschalen: Vor allem die Schalen von roten und grünen Apfelsorten.

Schwarze Goji-Beeren: Gelten als hochwertige Quelle für Proanthocyanidine.

Granatapfel: Sowohl der Saft als auch die Schale des Granatapfels sind eine hervorragende Quelle für OPCs.

Rotwein: Aufgrund der Verwendung von Traubenschalen und -kernen bei der Weinherstellung ist Rotwein ebenfalls eine Quelle für OPCs.

Neben den oben genannten Lebensmitteln können auch andere Früchte wie Heidelbeeren, Brombeeren und Erdbeeren sowie bestimmte Nüsse und Samen OPCs enthalten. Es ist wichtig zu wissen, dass die Verarbeitungsmethoden die Konzentration und Bioverfügbarkeit dieser Verbindungen beeinflussen können. So kann zum Beispiel übermäßiges Erhitzen oder eine längere Lagerung den Gehalt an aktiven Inhaltsstoffen verringern. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt es sich, frische oder ordnungsgemäß verarbeitete Produkte zu verzehren, die ihren Nährstoffgehalt bewahren.

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