Entzündungszellen im Körper

Neue Möglichkeiten zur Beobachtung von Immunzellen

Forscher des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ haben nun eine neue Methode entwickelt, Immunzellen im lebenden Organismus zeitlich und räumlich zu verfolgen. Mit dieser neuen Methode können Tierversuche deutlich reduziert werden.

Immunzellen

Immunzellen (rot) in einer Maus. Oben: genetisch unveränderte Zellen; unten: Zellen ohne das Protein VLA4. Jeweils 3 Stunden (li.), 24 Stunden (Mi.) und 48 Stunden (re.) nach Zellinjektion. | S. Gran & L. Honold et al./Theranostics 2018(8)

Bei Entzündungsprozessen spielen Immunzellen eine entscheidende Rolle. Sie machen sich aus dem Blut auf den Weg ins Gewebe und bekämpfen dort die Entzündung. Diese Reaktion kann jedoch auch ins Negative ausschlagen, wenn zu viele dieser Zellen aktiv sind. Mehr Wissen über das Verhalten von Immunzellen kann Forschern dabei helfen, individuelle Entzündungstherapien zu entwickeln. Hieran arbeiten Immunologen und Bildgebungsspezialisten von „Cells in Motion“ der Universität Münster. Ihre neu entwickelte Methode ermöglicht es, Vorläufer von Immunzellen genetisch zu verändern, im Reagenzglas zu vermehren und im lebenden Organismus zu verfolgen.

Bei den beobachteten Immunzellen handelte es sich um Phagozyten, „Fresszellen“ des Körpers, die aus dem Blutgefäß zum Entzündungsherd wandern. Um deren Wanderungsmechanismen zu verfolgen, untersuchen Wissenschaftler meist genetisch veränderte Mäuse, die entzündliche Krankheiten aufweisen. Hierfür benötigt man jedoch eine hohe Anzahl an Immunzellen und viele Mäuse als Spendertiere. Mit dem neuen Ansatz wird dieses Problem gelöst und die Tierversuche können deutlich reduziert werden.

Mikroglia

Mikroglia, die sogenannten Fresszellen oder Makrophagen des Gehirns, schützen Nervenzellen vor Krankheitserregern, sind aber auch an Erkrankungen wie Alzheimer beteiligt. Im Gehirn bilden sie ein gleichmäßiges Netz um die Nervenzellen.

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Im Detail nutzten die Forscher immortalisierte Vorläufer von Knochenmarkszellen, die ERHoxb8-Zellen, die sich im Reagenzglas fast unendlich vermehren und unter gewissen Bedingungen zu Immunzellen ausdifferenzieren. Dadurch erhalten die Forscher eine ausreichende Anzahl an Phagozyten.

Das nächste Ziel der Gruppe um Prof. Dr. Johannes Roth, Gruppenleiter am Exzellenzcluster, war es, ähnliche Veränderungen der Zellen zu denen von angeborenen Immundefekten zu erzeugen. Proteine in den Membranen von Immunzellen sind häufig von solchen Mutationen betroffen. Sie helfen den Immunzellen, zu den Entzündungsorten zu gelangen. Eines dieser Proteine ist VLA4. Wissenschaftler konnten bisher nur eingeschränkt untersuchen, was passiert, wenn dieses Protein fehlt, da sie die notwendigen Mäusestämme nur sehr schwer züchten können.

Auch dieses Problem konnten die Wissenschaftler lösen. Mit dem Verfahren der Genom-Editierung schnitten sie den für VLA4 relevanten Genabschnitt aus den Vorläuferzellen heraus und erzeugten damit die gewünschte „defekte“ Immunzelle. „Durch unsere neue Methode können wir nun erstmals verschiedene Arten von Immunzellen beliebig genetisch verändern und wichtige Entzündungsmechanismen ausschalten“, sagt Dr. Sandra Gran, eine der beiden Erstautorinnen der Studie.

Neues Bildgebungsverfahren reduziert Tierversuche weiter

Danach konnten die Bildgebungsspezialisten des Exzellenzclusters die so gewonnenen Zellen mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen markieren und sie in lebenden Organismen untersuchen. Sie injizierten Mäusen mit einer entzündungsbedingten Hautkrankheit sowohl mutierte als auch gesunde Immunzellen und konnten so den Weg der Zellen innerhalb desselben Tieres vergleichen. Die Beobachtung fand mithilfe der Fluoreszenz-Reflektions-Bildgebung statt. „Wir konnten sehr genau beobachten, wie unterschiedlich sich die verschiedenen Immunzellen verhielten. Zum Entzündungsherd schafften es etwa doppelt so viele gesunde Immunzellen im Vergleich zu den genetisch veränderten“, sagt Dr. Lisa Honold, ebenfalls federführende Autorin der Studie.

Der nächste Schritt beinhaltete die Beobachtung der wandernden Immunzellen bei Mäusen mit einem Herzinfarkt. Da sich das Herz beim Pumpen schnell bewegt und tief im Körperinneren liegt, stellen solche Beobachtungen naturgemäß eine Herausforderung dar. Mithilfe des nuklearmedizinischen Bildgebungsverfahrens SPECT – Einzelphotonen-Emissions-Tomographie – haben die Forscher digitale Schnittbilder aus tiefen Gewebeschichten erstellt. Noch im Reagenzglas markierten sie die Zellen mit einer radioaktiven Substanz, deren Strahlung gemessen und in Bildern gesehen werden kann. Nach der Injektion in die Mäuse untersuchten sie, wann die Zellen wo während des Herzinfarkts waren. „Durch die serielle Bildgebung können wir nun das Verhalten von Immunzellen über einen langen Zeitraum verfolgen“, erläutert Nuklearmediziner Prof. Dr. Michael Schäfers, Koordinator des Exzellenzclusters. Auch dies soll zu weniger benötigten Versuchstieren führen. Herkömmliche Methoden liefern nur Momentaufnahmen und somit deutlich mehr Experimente.

Die neue Methode soll auch in Zukunft in präklinischen Untersuchungen angewendet und weiterentwickelt werden. Weitere Anwendungsfelder sind Infektionen, rheumatologische und arthritische Erkrankungen. Bisher ist jedoch noch nicht absehbar, wann patientenrelevante Anwendungen möglich sind. (idw, red)

 

Literatur:

Gran S, Honold L, Fehler O, et al.: Imaging, myeloid precursor immortalization, and genome editing for defining mechanisms of leukocyte recruitment in vivo. Theranostics 2018;8: 2407-2423; DOI: 10.7150/thno.23632.