Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gefährlicher Grenzverkehr: Wie aggressive Zellen in das Gehirn eindringen

15.10.2009
Live-Beobachtungen geben neue Einblicke in Vorgänge der Multiplen Sklerose. Online-Veröffentlichung in: Nature, 14. Oktober 2009

Bei Krankheiten wie der Multiplen Sklerose dringen Zellen des Immunsystems in das Hirngewebe ein, wo sie großen Schaden anrichten. Lange Zeit war es ein Rätsel, wie diese Zellen den Blutstrom verlassen können, denn Blut- und Nervensystem sind normalerweise durch spezielle Blutgefäßwände voneinander getrennt.


Die Aufnahme zeigt die Bewegungen der kriechenden T-Zellen (grün) innerhalb der Blutgefäße (rot) über einen Zeitraum von zirka 20 Minuten. Deutlich zu erkennen ist, dass einige T-Zellen die Blutgefäße verlassen und ihre grüne Spur durch das umgebende Hirngewebe ziehen. Foto: MPI für Neurobiologie / Bartholomäus

Dass die Immunzellen dennoch zu den Nervenzellen vordringen können, war bisher nur durch Gewebeschnitte belegt. Nun konnte ein Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried und der Universitätsmedizin Göttingen die Bewegungen dieser Zellen erstmals "live" unter dem Mikroskop beobachten. Dabei kamen ganz neue Verhaltensweisen der Immunzellen ans Licht. Die Erkenntnisse tragen entscheidend zu unserem Verständnis der komplexen Krankheit bei.

Unterstützt wurden die Forschungsarbeiten von der Hertie-Stiftung. Die Leitung der Studie hatte Prof. Dr. Alexander Flügel, langjähriger Mitarbeiter des MPI für Neurobiologie, heutiger Direktor der Abteilung experimentelle und klinische Neuroimmunologie und Leiter des in 2004 von der Hertie-Stiftung gegründeten Multiple-Sklerose-Instituts an der Universitätsmedizin Göttingen. Die Ergebnisse sind heute, 14. Oktober 2009, in der Online-Ausgabe der renommierten, internationalen Fachzeitschrift "NATURE" veröffentlicht.

Identifizierung der Täter
Normalerweise besteht eine sehr effektive Trennung zwischen dem Zentralen Nervensystem, also dem Gehirn und Rückenmark, und dem Blutkreislauf. Deshalb war es lange Zeit rätselhaft, wie die Immunzellen die Blut-Hirn-Schranke durchbrechen können. Dies ist eine wichtige Frage zur Entstehung der Multiplen Sklerose. Erst in den 80iger-Jahren des letzten Jahrhunderts konnten Wissenschaftler zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen Immunzellen, so genannte T-Zellen, Bestandteile des körpereigenen Hirngewebes erkennen und angreifen. Die Wanderung dieser Zellen von ihrem Entstehungsort bis hin zum Eindringen in das Hirngewebe und die resultierenden Schäden klärten sich durch Gewebeschnitte in den letzten Jahrzehnten immer weiter auf. Eine tatsächliche Beobachtung dieser Zellbewegungen blieb jedoch lange unmöglich.
Aggressive Zellen live beobachten
Diese Hürde nahmen nun Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie und der Universitätsmedizin Göttingen mit ihren Forscherkollegen. Sie markierten aggressive T-Zellen mit dem Grün Fluoreszierenden Protein (GFP) in Ratten. So konnten sie die Zellenbewegungen im lebenden Gewebe durch ein Zwei-Photonen-Mikroskop verfolgen. Diese gezielte Beobachtung der Zellen im Verlauf der Krankheit bescherte den Wissenschaftlern eine ganze Reihe von neuen Einblicken in das Verhalten dieser Zellen.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die aggressiven T-Zellen die Grenzbarriere zwischen Blut und Nervengewebe in mehreren Schritten überwinden. Außerhalb des Nervensystems bewegten sich die markierten Zellen wie erwartet: Die meisten Zellen ließen sich vom Blutstrom treiben. Nur vereinzelt blieben Zellen für kurze Zeit an den Gefäßwänden haften, bevor sie in Richtung des Blutstroms weiterrollten oder wieder mitgerissen wurden. Erreichten die T-Zellen jedoch die Gefäße des Nervensystems, so verhielten sie sich völlig anders. Immer häufiger beobachteten die Wissenschaftler, wie sich die Zellen an den Gefäßwänden festsetzten. "Richtig spannend wurde es dann, als wir sahen, dass die Zellen kriechen. Das war ein bisher gänzlich unbekanntes Verhalten für T-Zellen", berichtet Ingo Bartholomäus vom MPI für Neurobiologie, der Erst-Autor der NATURE-Veröffentlichung. "Kriechen" beschreibt hier eine aktive Bewegung der Zellen, die vor allem gegen den Blutstrom verläuft. Die Forscher beobachteten, wie die T-Zellen für mehrere Minuten bis Stunden an den Gefäßwänden entlangwanderten und oder ihre Kreise zogen. Am Ende dieser Suchbewegung wurden die Zellen entweder wieder vom Blutstrom mitgerissen oder sie zwängten sich durch die Gefäßwand.

Folgenschwere Begegnungen
Hatten die Zellen die Barriere der Blut-Hirn-Schranke erfolgreich durchbrochen, setzten sie ihre Suche im Umkreis der Blutgefäße fort. So war es nur eine Frage der Zeit, bis die T-Zellen auf eine der so genannten Fresszellen stießen. Traf eine der beweglichen T-Zellen auf solch eine Fresszelle, so bildeten die beiden ein eng verbundenes Paar. Einige dieser Paare blieben für mehrere Minuten unzertrennlich. Dass T-Zellen erst mit Fresszellen in Kontakt treten müssen, um ihre Immunfunktion auszuüben, ist seit längerem bekannt. Völlig neu ist, dass Forscher erstmals solche Interaktionen direkt an der Blut-Hirn-Schranke beobachten. Und tatsächlich begannen die T-Zellen erst nach dem Kontakt mit den Fresszellen, entzündungsfördernde Botenstoffe auszuschütten und so den Angriff auf das Nervensystem einzuleiten. Als eine der Folgen durchquerten immer mehr T-Zellen die Wände der Blutgefäße. "Anscheinend ist die Aktivierung der T-Zellen an der Grenze zum Nervengewebe somit ein entscheidendes Signal für das Eindringen der Immunzellen", folgert Prof. Dr. Alexander Flügel, der Leiter der Studie.
Vorgänge verstehen
Und noch etwas fanden die Wissenschaftler durch die "Live-Beobachtungen" heraus: Gaben sie spezielle Antikörper ins Blut, die bereits in der MS-Therapie eingesetzt werden, so verschwanden die kriechenden Zellen. "Bisher wurde angenommen, dass diese Antikörper das Austreten der T-Zellen aus den Blutgefäßen blockieren", so Ingo Bartholomäus. "Unsere Beobachtungen zeigen nun, dass sie bereits das Kriechen verhindern, also einen Schritt früher eingreifen als bisher angenommen."

Die Beobachtungen der Wissenschaftler ergeben nun ein viel detaillierteres Bild von den Bewegungen und dem Eindringen der Immunzellen in das Zentrale Nervensystem. Mit diesem Wissen lässt sich auch die ständige Immunüberwachung im gesunden Gewebe besser verstehen. Doch die Ergebnisse und das neue Wissen werfen auch viele neue Fragen auf: Woran haften die Immunzellen auf den Gefäßoberflächen und wie erkennen sie eine geeignete Stelle für den Wechsel zwischen Blut- und Nervensystem? Was leitet die Zellen nach dem Durchbrechen der Blut-Hirn-Schranke? Dies sind einige der Fragen, denen die Wissenschaftler als nächstes auf den Grund gehen wollen. Das langfristige Ziel ist es, neue Therapien und Medikamente für Krankheiten wie der Multiplen Sklerose zu entwickeln.

HINTERGRUNDINFORMATIONEN
Das Gehirn und das Rückenmark überwachen und steuern die Funktionen aller Körperteile und regeln die Bewegungen, die Sinne und das Verhalten des Organismus. Der Schutz des Gehirns und des Rückenmarks hat daher oberste Priorität. Schädelknochen und Wirbelsäule halten mechanische Verletzungen und äußere Einflüsse fern. Gefahren von innen, zum Beispiel im Blut zirkulierende Krankheitserreger, werden durch hoch spezialisierte Blutgefäße abgewehrt. Die Wände dieser Gefäße bilden eine Grenzbarriere, die Zellen und viele kleinere Partikel nicht passieren können - die empfindlichen Nervenzellen sind geschützt. Es gibt jedoch Ausnahmen. Bei Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose (MS) gelingt es aggressiven Zellen des Immunsystems die Barriere der Blutgefäße zu durchbrechen. Einmal in das Hirngewebe eingedrungen richten diese Zellen großen Schaden an: Sie lösen Entzündungsreaktionen aus und greifen Nervenzellen an. Das Ergebnis sind vielfältige Beeinträchtigungen, unter denen alleine in Deutschland über 120 000 MS-Patienten leiden.
Originalveröffentlichung:
Ingo Bartholomäus*, Naoto Kawakami*, Francesca Odoardi, Christian Schläger, Djordje Miljkovic, Joachim W. Ellwart, Wolfgang EF Klinkert, Cassandra Flügel-Koch, Thomas B. Issekutz, Hartmut Wekerle, Alexander Flügel [*gleichrangiger Beitrag]

Effector T cell interactions with meningeal vascular structures in nascent autoimmune CNS lesions, Nature 14. Oktober 2009

KONTAKT
Dr. Stefanie Merker
Max-Planck-Institut für Neurobiologie
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: 089 / 8578 3514, E-Mail: merker@neuro.mpg.de
Prof. Dr. Alexander Flügel
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Direktor der Abteilung Experimentelle und Klinische Neuroimmunologie / MS Hertie-Institut

Telefon: 0551 / 3913 348, E-Mail: imfs@med.uni-goettingen.de

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de
http://www.msforschung.med.uni-goettingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Blattkäfer: Schon winzige Pestizid-Dosis beeinträchtigt Fortpflanzung
26.07.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Akute myeloische Leukämie (AML): Neues Medikament steht kurz vor der Zulassung in Europa
26.07.2017 | Universitätsklinikum Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Robuste Computer für's Auto

26.07.2017 | Seminare Workshops

Läuft wie am Schnürchen!

26.07.2017 | Seminare Workshops

Leicht ist manchmal ganz schön schwer!

26.07.2017 | Seminare Workshops