Nosocomial pneumonia is mostly caused by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). However, the standard antibiotic therapy is affected by increasing emergence of bacterial resistance. Therefore, novel therapeutic options are in high demand. New antimicrobial agents alone cannot handle the problem of increasing bacterial resistance but innovative drug delivery strategies and fast identification of infection causing pathogens are required to diminish bacterial resistance development. A very promising approach to improve the therapy of pneumonia is presented by local drug delivery to the lung. This application method enables high local drug concentrations in the lung leading to shorter application of antibiotics and hence reduces the risk of resistance development. Furthermore, the systemic concentration is lowered reducing the emergence of adverse effects. Therefore, in this thesis several approaches to improve the therapy of MRSA pneumonia are studied. One approach to achieve an efficient local delivery of antibiotics are nano-sized drug delivery systems which enable the nebulization of poorly-soluble antibiotics and can lead to even higher local drug concentrations due to their small size since nanoparticles improve mucus penetration and decrease phagocytosis by alveolar macrophages. Here, an analytical setup was developed that facilitates the identification of optimal preparation conditions for drug polyelectrolyte nanoplexes. Another promising approach to support antimicrobial therapy of pneumonia is presented by antibody-based immunotherapy. Since the stability of the antibody and hence its therapeutic activity are endangered during production, transport, storage, and application, a stabilizing formulation was developed for hUK-66, an antibody targeting surface antigens of S. aureus. Furthermore, nebulization of this formulated monoclonal antibody was studied to enable local application. Finally, the immunotherapeutic efficacy of the nebulized hUK-66 formulation was investigated in an animal in vivo study. Furthermore, rapid identification of the infection triggering pathogen is very important. The selective detection of S. aureus was achieved using optical planar Bragg grating sensors functionalized with hUK-66. In addition, the reusability of this system was studied applying a surface functionalization based on the cross-linker SPDP which enables a reversible fixation of the antibody. / Die Behandlung von Infektionen, die durch Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA)-Bakterien hervorgerufen wurden, stellt weltweit noch immer eine schwierige Herausforderung dar. Besonders durch MRSA ausgelöste nosokomiale Pneumonien stehen in direktem Zusammenhang mit erhöhter Morbidität und Mortalität sowie einer Verlängerung des Krankenhausaufenthaltes und der Beatmungsdauer. In Kapitel I dieser Dissertation werden die aktuellen Behandlungsempfehlungen für MRSA-Pneumonien und deren Nachteile diskutiert. Dabei wird in diesem Review aufgezeigt, dass aufgrund der drohenden Gefahr von schweren Nebenwirkungen und des Problems der steigenden Antibiotikakonzentrationen, die zur Bekämpfung von multiresistenten Krankheitserregern nötig sind, die alleinige systemische Anwendung von Antibiotika für eine Therapie der MRSA-Pneumonie mitunter nicht mehr ausreicht. Angesichts des vermehrten Auftretens von Resistenzen gegen die gängigen Antibiotika ist der Bedarf an neuen antimikrobiellen Mitteln sowie innovativen Strategien zur Wirkstoffapplikation hoch. Da die Entwicklung neuer Antibiotika in den letzten Jahrzehnten deutlich nachlässt, stellen Antikörper-basierte immuntherapeutische Ansätze eine vielversprechende Alternative dar. Darüber hinaus soll eine lokale Wirkstoffverabreichung in die Lunge die Pneumonie-Behandlung infolge erhöhter Wirkstoffkonzentration am Ort der Infektion und gleichzeitiger geringer systemischer Wirkstoffbelastung begünstigen, was das Risiko einer Resistenzentwicklung verringern kann. Verneblung ist hierbei ein direkter und einfacher Weg, Wirkstoffe bei intubierten Patienten an ihren Wirkort zu bringen und ist für die pulmonale Verabreichung von Antibiotika sowie Antikörpern gut erforscht. Zwar wurden weitere Fortschritte in der Weiterentwicklung der Gerätetechnologie und Wirkstoff-verabreichung für die Verneblung von Antibiotika und Antikörpern gemacht, diese wurden aber bisher kaum in der Behandlung von MRSA-Pneumonien umgesetzt. Deshalb konzentriert sich das erste Kapitel auf eine Übersicht über die Fortschritte in der lokalen Wirkstoffapplikation, welche potentiell auf die Behandlung von MRSA-Pneumonie mittels Antikörpern und Antibiotika übertragbar wären. Kapitel II beschäftigt sich mit „Drug Delivery“-Systemen für Antibiotika in Nanometergröße, welche eine Umgehung des Löslichkeitsproblems von schwer wasserlöslichen Wirkstoffen ermöglichen. Außerdem kann eine durch Nanopartikel verbesserte Mucuspenetration die Wirkstoffkonzentrationen am Wirkort erhöhen, was als Möglichkeit angesehen wird, das Auftreten von Antibiotikaresistenz zu vermindern. Nanopartikel-Komplexe (Nanoplexe), welche durch Selbst-Zusammenlagerung eines Wirkstoffs und eines entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyts hergestellt werden, erlauben eine noch höhere Wirkstoffbeladung als herkömmliche Nanopartikel. In diesem Kapitel wurde unter Verwendung von Ciprofloxacin (CIP) und Dextransulfat (DS) als Modellkomponenten ein analytisches Setup evaluiert, das geeignet sein soll, optimale Herstellungsbedingungen für die Bildung von Nanoplexen zu identifizieren. Hierbei wurde die Eignung von Isothermaler Titrationskalorimetrie (ITC) zusammen mit anderen analytischen Methoden als Selektions-Hilfsmittel für eine rationale Formulierungsoptimierung bewertet, indem der Einfluss von unterschiedlichen Salzen und verschiedenen ionischen Stärken auf die CIP/DS-Nanoplexbildung untersucht wurde. Die Anwesenheit von Salz führte hierbei zu kleineren und zahlreicheren Partikeln mit größerer Einheitlichkeit, hatte aber keinen Einfluss auf die Freisetzung von CIP aus den Nanoplexen. Bedeutsam ist auch, dass die Bindungsaffinität mit Partikelform und Morphologie korrelierte, was möglicherweise eine Optimierung entscheidender Qualitätseigenschaften basierend auf ITC-Daten ermöglicht. Insgesamt erwies sich ITC zusammen mit den ergänzenden Methoden als nützliches Instrument für die Evaluierung von Bedingungen für Mischungsverhältnis, Art des Salzes und ionische Stärke für die Bildung von Nanoplexen. In Kapitel III wird der Rahmen der Behandlungsmöglichkeiten für MRSA-Infektionen auf Antikörper-basierte Immuntherapien erweitert. Einen vielversprechenden Ansatz, die Abtötung der Bakterien zu fördern, stellt der zielgerichtete Angriff auf Komponenten der Bakterienoberfläche mit immunogenen Eigenschaften durch den humanisierten monoklonalen Antikörper hUK-66 dar. Allerdings werden therapeutische Proteine während ihrer Herstellung und bis zum Ende ihrer Aufbrauchsfrist mit einer Vielzahl von externen Einflüssen konfrontiert, die ihre Konformation und somit Stabilität beeinträchtigen können. Um eine wirksame Wirkstoffverabreichung zu ermöglichen und ungewollte Reaktionen des Immunsystems aufgrund Aggregation des Proteinmoleküls zu vermeiden, erstrebt dieses Kapitel die Identifizierung einer Formulierung für hUK-66, welche dessen physikalische und chemische Proteinstabilität bewahrt. Mit Hilfe von Ergebnissen der Charakterisierung des Antikörpers wurde ein optimaler pH-Wert für die Formulierung in einer Stabilitätsstudie mit kurzer Laufzeit evaluiert. In direktem Anschluss wurden verschiedene Kombinationen von Hilfsstoffen und Darreichungsformen hinsichtlich ihrer Fähigkeit, die Antikörperstabilität zu bewahren, analysiert, indem unterschiedliche flüssige und gefriergetrocknete Formulierungen in einer Langzeitstabilitätsstudie bei verschiedenen Lagerungstemperaturen untersucht wurden. Eine Lyophilisierung von hUK-66 in Histidinpuffer, pH 6, zusammen mit den Stabilisatoren Saccharose und Polysorbat 20 konnte die Stabilität dieses Antikörpers während des gesamten Formulierungsprozesses und einer Langzeit-Einlagerung bei 2-8°C nachweislich bewahren. Um therapeutische Proteine über die Lunge zu applizieren, ist es nötig, ein inhalierbares Aerosol zu erzeugen. Da sich jedoch während des Verneblungsprozesses die Luft-Flüssigkeitsgrenzfläche erheblich vergrößert, werden die Biomoleküle einem Grenzflächen-stress ausgesetzt. Deshalb werden in Kapitel IV die zuvor entwickelten hUK 66-Formulierungen hinsichtlich ihrer Eignung untersucht, den Antikörper während der Verneblung durch einen Düsenvernebler zu stabilisieren. Da zum Vernebeln eine sehr große Probenmenge benötigt wird, wurde zuerst ein In-vitro-Ersatzverfahren entwickelt, welches den Verneblungsstress simuliert, um den Wirkstoffverbrauch zu reduzieren. Die hUK-66-Formulierung mit Saccharose und Polysorbat 20 bewies, dass sie die Stabilität dieses Proteins sowohl im Vorversuch als auch bei der eigentlichen Verneblung bewahren konnte. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass eine Verneblung keinen nachteiligen Effekt auf die chemische Stabilität des Antikörpers ausgeübt hat. Zuletzt konnte die immuntherapeutische Wirksamkeit der vernebelten hUK-66-Formulierung bewiesen werden, da die Überlebensrate von Mäusen, die intranasal mit S. aureus infiziert worden waren, durch Inhalation der Antikörper-formulierung verlängert werden konnte. Für diese In-vivo-Studie wurde ein spezieller Aufbau erfolgreich entwickelt, der die Applikation des Aerosols an wache und normal atmende Mäuse ermöglicht. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Aufbaus war, dass die Mäuse dem Aerosol nur mit der Nase ausgesetzt waren, was die Nachteile einer Ganzkörperverneblung, wie Absorption über die Haut und Bedarf an großen Mengen an Aerosol, verringerte. Insgesamt gefährdeten die vielfache Verneblung und Rezirkulation der Proteinlösung innerhalb des Reservoirs die Konformation des formulierten Antikörpers unwesentlich. Somit konnte in dieser Arbeit die Stabilität von hUK-66 in einer optimierten Formulierung während einer Verneblung bewiesen sowie sein immuntherapeutisches Potential für eine effektive Behandlung von S. aureus Infektionen bei pulmonaler Verabreichung gezeigt werden. Ein weiterer wichtiger Punkt für eine effektive und schnelle Behandlung von Pneumonien ist die umgehende Detektion und Identifikation derjenigen Krankheitserreger, welche die Infektion auslösen. Eine anschließende geeignete Wahl der Medikation ist entscheidend, um eine systemische Verbreitung und Fortdauer der Infektion genauso wie das Auftreten von Antibiotikaresistenzen zu vermeiden. Deshalb sind effiziente Detektionsmethoden für Pathogene im Bereich der klinischen Diagnostik sehr gefragt. In Kapitel V wurden Biosensoren als vielversprechende Alternative zur Verbesserung der Pathogendetektion untersucht, da sie eine sensitive, spezifische und schnelle Analyse diverser Proben erlauben. Durch Immobilisierung von hUK-66-Antikörpern auf der Oberfläche eines optischen planaren Bragg-Gitter-Sensors konnte eine selektive Detektion von S. aureus erreicht werden. Um weiterhin die Wiederverwendbarkeit der Sensoren zu verbessern sowie Installationszeit, Kosten und Vorbereitungsaufwand zu reduzieren, wurde eine Sensoroberflächen-funktionalisierung dahingehend evaluiert, ob sie eine wiederholte Verwendung des Sensors für die Antikörper-basierte Detektion von lebenden Bakterien ermöglicht. Die Anbindung von hUK-66, einem Fänger-Antikörper spezifisch für S. aureus, auf der Sensoroberfläche mit Hilfe eines spaltbaren Linkers sowie die anschließende spezifische Bindung von S. aureus konnten in Echtzeit nachverfolgt werden, was die Anwendbarkeit von optischen Sensoren für eine spezifische und schnelle Detektion von großen biologischen Strukturen hervorhebt. Die Wiederverwendbarkeit der mit Bakterien gesättigten Sensoren konnte erfolgreich durch eine Abspaltung des Antikörpers zusammen mit den angebundenen Bakterien mittels Reduktion der Disulfidbindungen und anschließender Refunktionalisierung mit aktiviertem Antikörper gezeigt werden und führte zu einer vergleichbaren Sensitivität gegenüber S. aureus.

In dieser Arbeit wurde das PVM-Mausmodell verwendet, um die Bedeutung der Typ I und Typ III Interferonantwort für die Pathogenese einer pneumoviralen Infektion zu analysieren. Hierzu wurden zunächst mit Hilfe der reversen Genetik rekombinante PVM-Mutanten hergestellt, bei denen die Gene für die NS-Proteine, welche vermutlich als Interferonantagonisten fungieren, deletiert sind. Die Charakterisierung der Replikationsfähigkeit der rPVM dNS-Mutanten erfolgte in vitro in Interferon-kompetenten und Interferon-inkompetenten Zelllinien. Ein zentraler Schritt innerhalb dieser Charakterisierung war die Untersuchung der Induktion von Interferonen in vivo und in vitro nach Infektion mit den rPVM dNSMutanten, wobei nachgewiesen wurde, dass die NS-Proteine von PVM als Interferonantagonisten fungieren. In allen Interferon-kompetenten Zellkulturen wurde eine Attenuierung von rPVM dNS1, rPVM dNS2 und rPVM dNS1dNS2 bezogen auf rPVM beobachtet. In allen Interferon-inkompetenten Zellkulturen konnte die Attenuierung der rPVM dNS-Mutanten nahezu vollständig revertiert werden. Nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten wurde in verschiedenen Zelllinien eine Induktion von Typ I und Typ III Interferonen betrachtet, wobei Unterschiede in der Stärke der Interferon-Induktion nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten vorhanden waren. Zusammenfassend war es möglich, die NS1- und NS2-Proteine von PVM in Analogie zu RSV eindeutig als Antagonisten der Interferonantwort zu identifizieren. Die Untersuchung der protektiven Rolle von Typ I und Typ III Interferonen für die Replikation und Pathogenität von PVM bildete den zweiten Teil dieser Arbeit. Hierzu wurde die Replikationsfähigkeit und Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in verschiedenen Interferon-defizienten Mausstämmen getestet. Die Untersuchungen ergaben eine protektive Rolle von Typ I und Typ III Interferonen bei einer Infektion mit PVM, wobei den Typ I Interferonen ein effektiverer Einfluss zugeordnet werden konnte. Ein Vergleich von Replikation und Virulenz zwischen den verschiedenen Typ I oder Typ III oder Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mausstämmen belegte eine erhöhte Suszeptibilität der Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäuse gegenüber einer Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten. Eine vollständige Aufhebung der Attenuierung wurde auch in den Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen nicht erlangt. Eine anti-apoptotische Funktion der NS-Proteine zusätzlich zu ihrer Wirkungsweise als Interferonantagonisten wurde aufgrund der unvollständigen Revertierung der Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen vermutet. Der abschließende Teil dieser Dissertation befasste sich mit der Frage, welche Zellen bei einer natürlichen pulmonalen Infektion Interferone in vivo produzieren. In vitro wurde beobachtet, dass überraschenderweise nur sehr wenige virusinfizierte oder uninfizierte Zellen Typ I Interferone bilden. Der Nachweis darüber, welche Zellen während einer pulmonalen Infektion hauptsächlich Interferone in vivo produzieren, war aufgrund der fehlenden Eignung der kommerziell erhältlichen Interferon-Antikörper für intrazelluläre Gewebefärbungen nicht möglich. Dennoch gelang es abschließend durch eine neue Nachweismethode erstmals Zellen mit rezeptorgebundenen Interferon zu identifizieren, wobei es sich um ziliierte Epithelzellen, Alveolarmakrophagen und vermutlich Clarazellen sowie Typ I und Typ II Pneumozyten handelte. / In this thesis the PVM mouse model was used to unveil the role of type I and type III interferone response for the pathogenesis of pneumoviral infection. First, recombinant PVM dNS-mutants with single or combined deletions of the NS-genes were generated and replication efficiency characterization was analyzed in interferon-competent cells as well as in interferon-incompetent cells. A major point was to elucidate the NS-proteins of PVM as interferon antagonists. In interferon-competent cells the replication of rPVM dNS-mutants were significantly attenuated. These attenuation of all three rPVM dNS-mutants was almost completely reversed when interferon-incompetent cells were infected. Induction of type I and type III interferons was determined in different cell types after infection with rPVM dNS-mutants with differences in intensity of interferon induction. Thus, NS1- and NS2-proteins were clearly identified as interferon antagonists. To analyze the protective capacity of type I and type III interferons with respect to replication and pathology of PVM, mice lacking functional receptors for either or both interferons were infected with rPVM or the respective dNS-mutants. The results indicated that both type I and type III interferons which one restricted replication and pathology of PVM, with the former playing the greater role. Interestingly, the replication and virulence of wild-type PVM were completely unaffected by the presence or absence of functional receptors to type I and type III interferon, indicating that both systems are strongly suppressed during infection. However, pretreatment of mice with type I interferon were protective against lethal rPVM challenge, whereas pretreatment with type III interferon delayed but did not prevent death. Finally, the PVM-NS-proteins appeared to delay apoptosis independently of its IFN-antagonistic activity that may contribute to the limited pathogenicity of the viruses in type I/type III receptor deficient mice. In the last part type I interferon producing cells in a pneumoviral infection in vivo should be identified. It was documented that type I interferon producing cells are virusinfected cells as well as uninfected cells. Surprisingly, in vitro only few cells produced type I interferon during rPVM-GFP7 dNS1dNS2 infection. Because the commercially available interferon antibodies are not qualified for intracellular tissue staining it was not possible to identify in vivo the interferon producing cells, but by inventing a new method it was possible to verify the binding of type I interferon to the cell surface receptor of ciliated epithelial cells, alveolar macrophages and presumably Clara cells and type I and type II pneumocytes.

Beobachtung nosokomialer Infektionen bei intensivhospitalisierten Patienten im Rahmen einer einjährigen prospektiven, multizentrischen Kohortenstudie. Besondere Beachtung von Komplikationen wie Sepsis und Peritonitis sowie des Auftretens multiresistenter Keime bei der Infektentstehung. / Surveillance of nosocomial ICU-acquired infections in intensive care unit patients in a 1-year prospective multicenter cohort study. Monitoring of complications like sepsis and peritonitis and acquisition of multi-resistant infectious agents.

Background: Community acquired pneumonia (CAP) is a high incidence disease resulting in about 260,000 hospital admissions per year in Germany, more than myocardial infarction or stroke. Worldwide, CAP is the most frequent infectious disease with high lethality ranging from 1.2 % in those 20–29 years old to over 10 % in patients older than 70 years, even in industrial nations. CAP poses numerous medical challenges, which the PROGRESS (Pneumonia Research Network on Genetic Resistance and Susceptibility for the Evolution of Severe Sepsis) network aims to tackle: Operationalization of disease severity throughout the course of disease, outcome prediction for hospitalized patients and prediction of transitions from uncomplicated CAP to severe CAP, and finally, to CAP with sepsis and organ failure as a life-threatening condition. It is a major aim of PROGRESS to understand and predict patient heterogeneity regarding outcome in the hospital and to develop novel treatment concepts. Methods: PROGRESS was designed as a clinical, observational, multi-center study of patients with CAP requiring hospitalization. More than 1600 patients selected for low burden of co-morbidities have been enrolled, aiming at a total of 3000. Course of disease, along with therapy, was closely monitored by daily assessments and long-term follow-up. Daily blood samples allow in depth molecular-genetic characterization of patients. We established a well-organized workflow for sample logistics and a comprehensive data management system to collect and manage data from more than 50 study centers in Germany and Austria. Samples are stored in a central biobank and clinical data are stored in a central data base which also integrates all data from molecular assessments. Discussion: With the PROGRESS study, we established a comprehensive data base of high quality clinical and molecular data allowing investigation of pressing research questions regarding CAP. In-depth molecular characterization will contribute to the discovery of disease mechanisms and establishment of diagnostic and predictive biomarkers. A strength of PROGRESS is the focus on younger patients with low burden of co-morbidities, allowing a more direct look at host biology with less confounding. As a resulting limitation, insights from PROGRESS will require validation in representative patient cohorts to assess clinical utility. Trial registration: The PROGRESS study was retrospectively registered on May 24th, 2016 with ClinicalTrials.gov: NCT02782013

There are few data on mortality after discharge with community-acquired pneumonia (CAP). Therefore, we evaluated risk factors for 30-day post-discharge mortality after CAP. We included all patients of the prospective multi-national CAPNETZ study between 2002 and 2018 with (1) hospitalized CAP, (2) survival until discharge, and (3) complete follow-up data. The study endpoint was death within 30 days after discharge. We evaluated risk factors including demographics, comorbidities, admission CAP severity, and laboratory values and treatment-related factors in uni- and multivariable analyses. A total of 126 (1.6%) of 7882 included patients died until day 30 after discharge, corresponding to 26% of all 476 deaths. After multivariable analysis, we identified 10 independent risk factors: higher age, lower BMI, presence of diabetes mellitus, chronic renal or chronic neurological disease (other than cerebrovascular diseases), low body temperature or higher thrombocytes on admission, extended length of hospitalization, oxygen therapy during hospitalization, and post-obstructive pneumonia. By addition these factors, we calculated a risk score with an AUC of 0.831 (95%CI 0.822–0.839, p < 0.001) for prediction of post-discharge mortality. Early post-discharge deaths account for ¼ of all CAP-associated deaths and are associated with patient- and CAP-severity-related risk factors. Additional studies are necessary to replicate our findings in independent cohorts. Study registration: NCT 02139163.

Background: Community acquired pneumonia (CAP) is a high incidence disease resulting in about 260,000 hospital admissions per year in Germany, more than myocardial infarction or stroke. Worldwide, CAP is the most frequent infectious disease with high lethality ranging from 1.2 % in those 20–29 years old to over 10 % in patients older than 70 years, even in industrial nations. CAP poses numerous medical challenges, which the PROGRESS (Pneumonia Research Network on Genetic Resistance and Susceptibility for the Evolution of Severe Sepsis) network aims to tackle: Operationalization of disease severity throughout the course of disease, outcome prediction for hospitalized patients and prediction of transitions from uncomplicated CAP to severe CAP, and finally, to CAP with sepsis and organ failure as a life-threatening condition. It is a major aim of PROGRESS to understand and predict patient heterogeneity regarding outcome in the hospital and to develop novel treatment concepts. Methods: PROGRESS was designed as a clinical, observational, multi-center study of patients with CAP requiring hospitalization. More than 1600 patients selected for low burden of co-morbidities have been enrolled, aiming at a total of 3000. Course of disease, along with therapy, was closely monitored by daily assessments and long-term follow-up. Daily blood samples allow in depth molecular-genetic characterization of patients. We established a well-organized workflow for sample logistics and a comprehensive data management system to collect and manage data from more than 50 study centers in Germany and Austria. Samples are stored in a central biobank and clinical data are stored in a central data base which also integrates all data from molecular assessments. Discussion: With the PROGRESS study, we established a comprehensive data base of high quality clinical and molecular data allowing investigation of pressing research questions regarding CAP. In-depth molecular characterization will contribute to the discovery of disease mechanisms and establishment of diagnostic and predictive biomarkers. A strength of PROGRESS is the focus on younger patients with low burden of co-morbidities, allowing a more direct look at host biology with less confounding. As a resulting limitation, insights from PROGRESS will require validation in representative patient cohorts to assess clinical utility. Trial registration: The PROGRESS study was retrospectively registered on May 24th, 2016 with ClinicalTrials.gov: NCT02782013

In experimental acute respiratory distress syndrome (ARDS), random variation of tidal volumes (VT ) during volume controlled ventilation improves gas exchange and respiratory system mechanics (so-called stochastic resonance hypothesis). It is unknown whether those positive effects may be further enhanced by periodic VT fluctuation at distinct frequencies, also known as deterministic frequency resonance.We hypothesized that the positive effects of variable ventilation on lung functionmay be further amplified by periodic VT fluctuation at specific frequencies. In anesthetized and mechanically ventilated pigs, severe ARDS was induced by saline lung lavage and injurious VT (double-hit model). Animals were then randomly assigned to 6 h of protective ventilation with one of four VT patterns: (1) random variation of VT (WN); (2) P04, main VT frequency of 0.13Hz; (3) P10, main VT frequency of 0.05Hz; (4) VCV, conventional non-variable volume controlled ventilation. In groups with variable VT , the coefficient of variation was identical (30%). We assessed lung mechanics and gas exchange, and determined lung histology and inflammation. Compared to VCV, WN, P04, and P10 resulted in lower respiratory system elastance (63 ± 13 cm H2O/L vs. 50 ± 14 cm H2O/L, 48.4 ± 21 cm H2O/L, and 45.1 ± 5.9 cm H2O/L respectively, P < 0.05 all), but only P10 improved PaO2/FIO2 after 6 h of ventilation (318 ± 96 vs. 445 ± 110mm Hg, P < 0.05). Cycle-by-cycle analysis of lung mechanics suggested intertidal recruitment/de-recruitment in P10. Lung histologic damage and inflammation did not differ among groups. In this experimental model of severe ARDS, periodic VT fluctuation at a frequency of 0.05Hz improved oxygenation during variable ventilation, suggesting that deterministic resonance adds further benefit to variable ventilation.