Deuteriumoxid-Verdünnungsmethode zur Messung des transepithelialen Wassertransports

Einleitung: Chronisch obstruktive Lungenerkrankungen (COPD, chornische Bronchitis) gehen mit einem verminderten transepithelialen Flüssigkeitstransport einher, was zu einer verminderten mukoziliären Clearance führt. Die Modulation des Flüssigkeitstransports zur Erhöhung des apikalen Flüssigkeitsvolumens (apical surface liquid, ASL) und dem Ziel einer verbesserten Mukushydrierung stellt eine mögliche COPD Behandlung dar. Bisher ist eine direkte Quantifizierung des transepithelialen Wassertransports nur eingeschränkt möglich. Hier stellen wir auf der Basis der Deuteriumoxidverdünnung eine hoch auflösende Methode zur Bestimmung des transepithelialen Wassertransports vor.

Methoden: Die Lungenepithelzellinie NCI-H441 wurde unter Air/Liquid-Bedingungen kultiviert. Zur Bestimmung des ASL-Volumens wurde die apikale Flüssigkeit in einem definierten Volumen Deuteriumoxid aufgenommen. Um den Wassertransport zu bestimmen, wurden 25µl isotone Kochsalzlösung auf die apikale Epitheloberfläche gegeben und nach gegebener Zeit die verbliebene apikale Flüssigkeit in einem definierten Volumen Deuteriumoxids aufgenommen. Mittels „attenuated total reflection“ Infrarot (ATR-IR) Spektroskopie wurde anschließend die Wasserkonzentration der Deuteriumoxid-Lösung bestimmt und das ASL-Volumen sowie die Wassertransportrate berechnet. Der transepitheliale Ionentransport wurde in Ussingkammerexperimenten untersucht.

Ergebnisse: Durch Analyse der H-O, D-O Valenz- und D-O-D Deformationssschwingung lies sich der Volumenanteil H₂O in D₂O mit einer Auflösung von 26 nl bestimmen. Der transepitheliale Wassertransport war an den Ionentransport gekoppelt und mit Amilorid zu ca. 70% inhibierbar. Limitierend für den Wassertransport war die Wasserpermeabilität des Epithels und nicht dessen Ionentransportkapazität.

Diskussion: Die Deuteriumoxidverdünnung stellt eine verbesserte hoch auflösende Methode zur Quantifizierung wässriger Volumina auf Atemwegsepithelien dar und lässt sich zur Bestimmung des Wassertransports verwenden. Die direkte Messung des Wassertransportes ermöglichte die Identifizierung transportlimitierender Faktoren und zeigte, dass die Untersuchung des Ionentransports zur Abschätzung der Wassertransportkapazität nicht ausreichend ist. Die Deuteriumoxid-Verdünnungsmethode wird die Target- und Substanzidentifizierung zur Modulation des transepithelialen Wassertransports erheblich erleichtern.