Studies on the recognition of hemoglobin microparticles by monocytes

Abstract

Hemoglobin-based artificial oxygen carriers (HBOC) are a promising option for solving various problems associated with blood transfusions. HbMPs are intermolecular cross-linked HBOCs supplemented with human albumin. As with other developments in this field, HbMP also have an insufficient retention time in the blood. Immune cells, mainly macrophages/monocytes, recognize the particles, phagocytose them and eliminate them from the system in this way. The exact mechanisms by which the HbMP are detected are currently not fully understood. In this study it could be shown that not only the scavenger receptor CD163, which physiologically recognizes hemoglobin (Hb) bound by haptoglobin (Hp), plays an important role in the elimination of HbMP. CD14, CD33 and CD204 also influence the monocytic uptake of hemoglobin particles. However, recognition mechanisms, independent of the receptor expression of the phagocytes, such as particle size, charge and possibly also complement opsonization, also appear to play a role. Furthermore, it was shown that a direct test method of the phagocytosis rate using fluorescence-labelled particles is unfavourable, as FITC in any case had a strong phagocytosis-promoting effect on monocytes. Further optimization of HbMP with regard to their binding by phagocytic receptors, their surface properties and particle size is necessary and will be the subject of future research.

Künstliche Sauerstoffträger auf Hämoglobinbasis (HBOC) sind eine vielversprechende Option zur Lösung verschiedener Probleme mit Bluttransfusionen. HbMP sind mit Humanalbumin versetzte, intermolekular quervernetzte HBOC. Wie bei anderen Entwicklungen in diesem Bereich, weisen auch diese eine noch ungenügende Verweildauer im Blut auf. Immunzellen, allen voran Makrophagen/Monozyten erkennen die Partikel, phagozytieren sie und eliminieren sie auf diese Weise aus dem System. Die genauen Mechanismen über welche die HbMP erkannt werden sind dabei zurzeit nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass nicht nur der scavenger-Rezeptor CD163, der physiologischerweise durch Haptoglobin (Hp) gebundenes Hämoglobin (Hb) erkennt eine wichtige Rolle bei der Elimination von HbMP spielt. Auch CD14, CD33, sowie CD204 beeinflussen die Monozytäre Aufnahme der Hämoglobinpartikel. Jedoch scheinen auch Erkennungsmechanismen, unabhängig vom Rezeptorbesatz der Phagozyten, wie Partikelgröße, -Ladung und womöglich auch Komplement-Opsonierung eine Rolle zu spielen. Weiter zeigte sich, dass ein direktes Testverfahren der Phagozytoserate mittels Fluoreszenz-markierter Partikel ungünstig ist, da jedenfalls FITC einen stark Phagozytose-fördernden Effekt auf Monozyten ausübte. Eine weitere Optimierung der HbMP in Bezug auf deren Bindung durch phagozytäre Rezeptoren, ihre Oberflächeneigenschaften und Partikelgröße ist notwendig und wird Gegenstand künftiger Forschung sein.