Dokument: Entwicklung eines humanen 3D immunkompetenten Vollhautmodells zur Identifizierung und Charakterisierung von Sensibilisatoren und Wirkstoffkandidaten
| Titel: | Entwicklung eines humanen 3D immunkompetenten Vollhautmodells zur Identifizierung und Charakterisierung von Sensibilisatoren und Wirkstoffkandidaten | |||||||
| Weiterer Titel: | Development of a human 3D immune competent full-thickness skin model for the identification and characterization of sensitizers and drug discovery | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=67714 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20241204-110947-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Hölken, Johanna Maria [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Teusch, Nicole [Gutachter] Prof. Dr. Scheu, Stefanie [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | In den vergangenen Jahrzehnten wurden toxikologische Tests und Risikobewertungen von Hautsensibilisatoren sowie Studien zur Arzneimittelentwicklung hauptsächlich an Tiermodellen durchgeführt. Die artspezifischen Unterschiede in der Anatomie, der Pathophysiologie und insbesondere in der Immunzellpopulation sind jedoch enorm, so dass die Ergebnisse häufig nicht auf menschliches Gewebe übertragen werden können. Daher wurden große Bemühungen unternommen, neue tierversuchsfreie Methoden (NAMs) zu entwickeln. Da es sich bei der Hautsensibilisierung jedoch um einen komplexen inter- und intrazellulären Mechanismus handelt, reichen die bisher entwickelten Einzelendpunkt-Testmethoden als eigenständige Methoden nicht aus, um Tiermodelle zur Beurteilung des Sensibilisierungspotenzials von Chemikalien vollständig zu ersetzen. Unser Ziel war es daher, ein humanphysiologisch relevantes immunkompetentes 3-D-Vollhautäquivalent (FTSE) für die Identifizierung und Charakterisierung von Sensibilisatoren und Wirkstoffkandidaten zu entwickeln.
Zu diesem Zweck haben wir zunächst ein robustes und in hohem Maße reproduzierbares Protokoll für die Differenzierung der menschlichen Leukämie-Monozyten-Zelllinie THP-1 in Surrogate für unreife dendritische Zellen (iDCs) etabliert. Die Funktionalität von THP-1-abgeleiteten iDCs wurde durch die Fähigkeit zur Phagozytose exogener Partikel sowie durch die Sensibilisator-induzierte Expression von Interleukin (IL)-12p40, welches für die T-Zell-Aktivierung erforderlich ist, nachgewiesen. Die starke Induktion der Expression der Oberflächenmarker Cluster of Differentiation (CD)54 und CD86 nach der Behandlung mit Sensibilisatoren deutet auf die Anwendbarkeit von iDCs zur Identifizierung potenziell sensibilisierender Substanzen hin. Im Hinblick auf die Entdeckung von Wirkstoffkandidaten zeigte diese Arbeit ein vielversprechendes entzündungshemmendes Potenzial von Pseudopterosin A-D bei Hautsensibilisierung, welches durch eine signifikante Verringerung der Sensibilisator-induzierten Hochregulierung von Oberflächenmarkern wie CD54 und CD86 sowie durch die Hemmung der Sekretion inflammatorischen Zytokine wie IL 8, IL-6 und TNF-α in ähnlichem Ausmaß wie Dexamethason und durch die Blockade der durch Sensibilisatoren induzierten Aktivierung der inflammatorischen Signalwege Nuklearfaktor (NF)-κB und p38 mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) nachgewiesen wurde. Darüber hinaus konnten THP-1-abgeleitete iDCs erfolgreich als CD11+ und CD14- dermale dendritische Zellsurrogate (DDCs) in ein FTSE integriert werden. Die topische Behandlung der neu entwickelten FTSE mit Nickelsulfat (NiSO4) führte zu einer Hochregulierung der Oberflächenmarker CD54 und CD86 auf den gewebeintegrierten DDC-Surrogaten, die durch eine Vorbehandlung mit Dexamethason unterdrückt werden konnte, was einerseits die Immunkompetenz und andererseits die Anwendbarkeit für die Identifizierung und Charakterisierung von Sensibilisatoren und Wirkstoffkandidaten beweist. Um ein physiologisch relevantes immunkompetentes Hautmodell mit Langerhans-Zellen (LCs) und DDCs zu erzeugen, wurden THP-1 abgeleitete DDC-Surrogate zusammen mit LC-Surrogaten, die aus der menschlichen myeloischen Leukämiezelllinie Mutz-3 differenziert wurden, in ein FTSE integriert. Bemerkenswerterweise zeigte die Behandlung des FTSE mit inkorporierten LC- und DDC-Surrogaten eine frühe Sensibilisierungsreaktion, die sich in einer erhöhten Anzahl CD1a-positiver Zellen in der Epidermis und Dermis acht Stunden nach der Exposition zeigte. Insgesamt birgt unser neu entwickeltes FTSE, das integrierte LC- und DDC-Surrogate enthält, großes Potenzial für die Untersuchung der Aktivierung dendritischer Zellen (DC) sowie für die Identifizierung und Charakterisierung von Sensibilisatoren und Wirkstoffkandidaten nach den 3R-Prinzipien ("Replacement", "Reduction" und "Refinement").In the past decades, toxicological testing, skin sensitization risk assessments, and drug development studies have been conducted primarily using animal models. However, the species-specific differences in anatomy, pathophysiology, and especially immune cell population are enormous, resulting in frequent failure to transfer the findings to human tissue. Thus, great efforts have been made to develop new non-animal approach methods (NAMs). However, since skin sensitization is a complex inter- and intracellular mechanism, the single-endpoint test methods developed to date are insufficient to completely replace animal models for assessing the sensitivity potential of chemicals. Hence, we aimed to develop a physiologically relevant 3D immune competent full-thickness skin equivalent (FTSE) for the identification and characterization of sensitizers and drug candidates. To achieve this, we first established a robust and highly reproducible protocol for the differentiation of the human leukemia monocyte cell line THP-1 into surrogates for immature dendritic cells (iDCs). The functionality of THP-1-derived iDCs was demonstrated by their ability to phagocytose exogenous particles as well as by the sensitizer-induced expression of Interleukin (IL)-12p40, which is required for T cell activation. The strong induction of the surface marker expression of the cluster of differentiation (CD)54 and CD86 upon sensitizer treatment indicated the applicability of iDCs to identify potentially sensitizing substances. In terms of drug discovery, this thesis demonstrates the promising anti-inflammatory potential of Pseudopterosin A-D in skin sensitization, reflected by the significant reduction of sensitizer-induced upregulation of surface markers such as CD54 and CD86. Additionally, the inhibition of the secretion of inflammatory cytokines such as IL-8, IL-6, and TNF-α to a similar extent as dexamethasone and the blockade of the sensitizer-induced activation of the inflammatory signaling pathways nuclear factor (NF)-κB and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) support the relevance of Pseudopterosin A-D in skin sensitization. Notably, THP-1-derived iDCs could be integrated into a FTSE as CD11+ and CD14--derived dermal dendritic cell surrogates (DDCs). Topical treatment of the newly developed FTSE with nickel sulfate (NiSO4) induced the upregulation of the surface markers CD54 and CD86 on the tissue-integrated DDC surrogates, which could be suppressed by pre-treatment with dexamethasone, thereby proving immune-competence on the one hand and the applicability for sensitizer identification and drug discovery on the other hand. To generate a physiologically relevant immune-competent skin model comprising Langerhans cells (LCs) and DDCs, THP1 derived DDC surrogates could be co-integrated into an FTSE together with LC surrogates, differentiated from the human myeloid leukemia cell line Mutz-3. Remarkably, treatment of the FTSE with incorporated LC and DDC surrogates showed an early sensitizer-induced response, reflected by increased numbers of CD1a-positive cells in the epidermis and dermis 8 hours after exposure. Overall, our newly developed FTSE, which includes integrated LC and DDC surrogates, has great potential for studying dendritic cell (DC) activation as well as for the identification and characterization of sensitizers and drug candidates according to the 3Rs (“Replacement,” “Reduction,” and “Refinement”). | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 04.12.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.12.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 15.05.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 29.10.2024 |
