Talks and Poster contributions by Dr. Annika Kiel

Talk at the 27. Surgical Research Days Tübingen at the BG Unfallklinik (September 2024):

Damage and regeneration of liver sinusoidal endothelial cells

Annika Kiel (1), Laureen P Helweg (1), Angela Kralemann-Köhler (1), Jan Schulte am Esch (1,2)

(1) General and Visceral Surgery – Liver and Tumour Biology, Medical School OWL, Bielefeld University

(2) Protestant Hospital of Bethel Foundation v. Bodelschwinghsche Stiftungen Bethel

The liver is the metabolic center of the human body and an integral part of our vascular system. An abundant cell type within the liver are the liver sinusoidal endothelial cells (LSECs), which are interspersed with small transcellular pores (fenestrations) located within sieve plates. These fenestrations allow the passage of biomolecules and drugs for later processing in the hepatocytes and therefore provide insights about the functionality of LSECs. However, due to the size of the fenestrations with an average diameter of 100 nm, these can only be visualized using super-resolution techniques such as 3D fluorescent structured illumination microscopy (SIM). Especially live cell imaging offers the possibility to capture the dynamics of fenestrations during treatments. Nonetheless, the phototoxicity of the light leads to the closing of the fenestrations, making live imaging of LSECs challenging. The formation of reactive oxygen species (ROS) due to the irradiation could be one reason for this phototoxic effect, as ROS leads to intracellular stress followed by the closing of the fenestrations. In order to counteract ROS, murine LSECs were treated with the antioxidant N-acetylcysteine (NAC) and the oxygen depletion enzyme OxyraseTM. Given the role of fenestrations in physiology and homeostasis, we aim to gain a better understanding of the regulation of these structures, which will help to develop therapeutic approaches in the context of liver injury. Images of murine LSECs using live SIM depict a phototoxicity-mediated morphologic change of LSECs due to multiple exposures. Therefore, they were treated with the antioxidant N-acetylcysteine (NAC) and the oxygen depletion enzyme OxyraseTM during life SIM. While low concentrations did not negatively affect cell viability, the effect was significantly lower with 2 mg/mL NAC and 2% Oxyrase. A positive effect of the NAC concentrations 0.75 and 1 mg/mL was also observed in live cell imaging, where multiple exposures over 45 min caused only slight morphological changes. At 2 mg/mL, the cells showed the most distinct morphological changes, such as deformation of the cell structure. Conclusively, the application of ‘oxygen scavengers’ has a positive effect on the phototoxic effect without affecting the morphology of the cells. This offers the possibility to observe ‘live’ cell dynamics under treatment, i.e. with regard to polypharmacy studies.

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Poster at the Research Day Medizin 2024 of the Medical Faculty OWL (March 2024):

Schädigung und Regeneration der Leber am Beispiel von Leber-Sinusoidalen Endothelzellen

Annika Kiel, Laureen Patricia Helweg, Angela Kralemann-Köhler, Jan Schulte am Esch

Arbeitsgruppe Allgemein- und Viszeralchirurgie – Leber- und Tumorbiologie, Universitätsklinik für Allgemein- und Viszeralchirurgie

In enger Koorperation mit: Jasmin Schürstedt, Wolfgang Hübner, Thomas Huser, Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik

Die Leber ist das Stoffwechselzentrum des menschlichen Körpers und ein integraler Bestandteil unseres Gefäßsystems. Ein abundanter Zelltyp innerhalb der Leber sind die Leber-Sinusoidalen Endothelzellen (LSECs). LSECs sind mit kleinen transzellulären Poren (Fenestrierungen) durchsetzt, die den Durchgang von Biomolekülen und Arzneimitteln für das Prozessieren in den Hepatozyten ermöglichen und einen Aufschluss über die Funktionalität der LSECs geben. Aufgrund der Größe der Fenestrierungen können diese jedoch nur durch Superauflösungstechniken wie der 3D fluoreszenten strukturierten Beleuchtungsmikroskopie (SIM) visualisiert werden. Hierbei bietet das ‚Live Cell Imaging’ die Möglichkeit, die Dynamiken der Fenestrierungen während Behandlungen fest zu halten. Jedoch führt die Phototoxizität des Lichts zum Schließen der Fenestrierungen. Ein Grund dafür könnte

die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) durch die Bestrahlung sein. Diese führen zu intrazellulären Stress gefolgt vom Schließen der Fenestrierungen. Um ROS entgegenzuwirken wurden murine LSECs mit dem Antioxidant N-Acetylcystein (NAC) und Oxyrase behandelt und aufgenommen. Angesichts der Rolle der Fenestrierungen in der Physiologie und Homöostase wollen wir ein besseres Verständnis der Regulation dieser Strukturen erlangen, welches dazu beiträgt, therapeutische Ansätze im Kontext von Leberschädigung zu entwickeln.