Patients receiving intensive care treatment often present with intestinal dysfunction, particularly impaired intestinal barrier function, independent of their underlying disease. Through various mechanisms, this leads to the development and maintenance of a systemic inflammatory response (SIRS/sepsis) with subsequent organ system failure and is associated with a poor prognosis. In the clinical context of intensive care treatment, direct detection and quantification of intestinal barrier dysfunction are not readily available. However, this would be a necessary prerequisite for the evaluation of therapeutic regimens. The aim of this study was to investigate the intestinal barrier function in ICU patients by phenotyping peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). A total of 70 ICU patients were enrolled (30 patients with sepsis, 30 patients not meeting sepsis criteria, and 10 patients with Covid-19). In addition, 20 healthy volunteers without hospitalisation were included in the study. We hypothesised that an impaired intestinal barrier would lead to increased translocation of luminal antigens and increased priming of T cells. PBMCs were isolated and subsequently stimulated with different commensal antigens. Antigen-reactive T cell enrichment (ARTE) technology was used to enrich rare antigen-reactive T cells and characterise them by flow cytometry. Using the ARTE technology, we were able to show that patients with sepsis treated in the ICU had a significantly higher frequency of commensal antigen-reactive T cells in their peripheral blood, characterised by a proinflammatory cytokine profile, compared to patients without sepsis. This distinct signature found in the first cohort was confirmed by analysis of a second cohort of patients. In addition, the antigen-reactive T cell compartment, particularly in sepsis patients, was positive for the gut-homing integrin α4ß7, strongly suggesting a leaky gut. Thus, we were able to show that the analysis of PBMCs can be used to investigate the intestinal barrier function in intensive care patients.
Patienten auf der Intensivstation weisen unabhängig von ihrer Grunderkrankung häufig Darmfunktionsstörungen auf, vor allem eine gestörte intestinale Barrierefunktion. Dies führt infolge unterschiedlicher Mechanismen zur Entwicklung und Aufrechterhaltung einer systemischen Entzündungsreaktion (SIRS/Sepsis) mit konsekutivem Versagen von Organsystemen und ist mit einer schlechten Prognose assoziiert. Der direkte Nachweis und die Quantifizierung der intestinalen Barrierefunktion ist in der klinischen Routine auf der Intensivstation nicht einfach möglich. Dies wäre jedoch notwendige Voraussetzung für die Etablierung und Evaluierung möglicher Therapieschemata. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die intestinale Barrierefunktion mittels Analyse einer Blutprobe zu untersuchen und zwischen Patient:innen mit Sepsis und ohne Sepsis zu vergleichen. Es wurden 30 Patient:innen mit Sepsis, 30 ohne Sepsis und 10 mit Covid-19 auf der Intensivstation rekrutiert. Ebenfalls wurden 20 gesunde, nicht hospitalisierte Proband:innen eingeschlossen. Aus einer Blutprobe erfolgte die Isolierung von peripheren mononukleären Zellen (PBMCs) und nachfolgend eine Stimulation der PMBCs mittels verschiedener kommensaler Antigenen. Mittels der antigen-reactive T cell enrichment (ARTE)-Technologie wurden die seltenen Antigen-reaktiven T-Zellen angereichert und mittels Durchflusszytometrie charakterisiert. Mittels der ARTE-Technologie und durchflusszytometrischen Untersuchungen konnten wir zeigen, dass intensivstationär behandelte Patient:innen mit Sepsis im Vergleich zu Patient:innen ohne Sepsis nach eine signifikant höhere Frequenz Antigen-reaktiver T-Zellen im peripheren Blut aufwiesen, welche durch ein proinflammatorisches Zytokinprofil gekennzeichnet waren. Diese für Sepsispatient:innen spezifische Signatur konnte in einer zweiten Kohorte bestätigt werden. Darüber hinaus zeigte die für Sepsispatient:innen spezifische Antigen-reaktive T-Zell Population eine Positivität für den Darm Homing-Marker α4ß7, womit diese Zellen als suggestiv für das Vorliegen eines „leaky gut“ angesehen werden können. Zusammenfassend konnten wir eine Methode entwickeln, die anhand einer peripheren Blutprobe die Untersuchung und Charakterisierung der intestinalen Barriere bei intensivmedizinisch behandelten Patient:innen ermöglicht.
