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Mini-Karpfen und Supermikroskop sorgen für neue Erkenntnisse bei Nierenkrankheiten

06.12.2013
Greifswalder Forscher können wichtige Frage klären

Bewegen sie sich, oder nicht? Es geht um die winzigen Füßchenzellen (Podozyten) der Niere, die für rund 70 Prozent aller Fälle von gefährlichem Nierenversagen verantwortlich gemacht werden.


Das Team um Prof. Nicole Endlich (li.) hat eine wichtige Frage zur Klärung von Nierenerkrankungen gelöst, hier mit Dr. Ahmed Kotb (v. li.), Ole Simon und Prof. Karlhans Endlich.

Fotos: Hausmann/UMG


Schon mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen – Zebrafischlarven mit Mini-Nierchen für die Untersuchung unter dem Supermikroskop.

Fotos: Hausmann/UMG

Greifswalder Wissenschaftler konnten diese Frage nun klären. Geholfen haben dabei viele kleine Zebrafische und ein von der EU gefördertes Supermikroskop. Die Studienergebnisse* von Prof. Nicole Endlich und ihrem Team wurden heute im Journal of the American Society of Nephrology (JASN) veröffentlicht, der Nummer eins der Fachliteratur auf dem Gebiet der Nierenforschung.

Nierenerkrankungen und die hohen Behandlungskosten spielen eine große Rolle in der Gesellschaft. Ungefähr zehn Prozent der Bevölkerung leiden unter einer chronischen Nierenerkrankung. Die Achillesferse der Niere sind die sogenannten Podozyten oder Füßchenzellen. Diese Zellen sind nach dem derzeitigen Wissensstand unfähig, sich zu erneuern, ähnlich wie Nervenzellen. Eine Schädigung und der Verlust von Podozyten beeinträchtigen deshalb die lebenswichtige Filterfunktion der Niere bis hin zum Organversagen.

Die Podozyten umschließen die Außenseite der Kapillaren, durch deren Wand das Blut in der Niere mittels Filtration gereinigt wird. Sie unterstützen den Filtrationsvorgang, indem sie zwischen ihren Fortsätzen ein molekulares Sieb aufspannen. Bis heute konnte aber die Frage, ob die Podozyten auf den Kapillaren wandern und ihre Fortsätze bewegen, oder ob sie einfach nur regungslos auf den Kapillaren verharren, nicht geklärt werden.

Beobachtungen an der lebenden Zebrafischlarve

Die Klärung des medizinisch relevanten Problems setzt voraus, die Podozyten sowie ihre Fortsätze über viele Stunden im lebenden Organismus beobachten zu können. „Dies ist uns erstmals gelungen“, sagte Prof. Nicole Endlich. Bislang war es Wissenschaftlern nur möglich, die Zellkörper im lebenden Organismus sichtbar zu machen. Die Größe der Zellkörper liegt bei 5 bis 10 Mikrometer. Die Fortsätze sind nicht breiter als ein Mikrometer.

„Dazu haben wir zwei Techniken eingesetzt. Zum einen haben wir einen Zebrafisch gezüchtet, dessen Podozyten im Fluoreszenzmikroskop grün leuchten und der keine Pigmentierung besitzt, die den Blick auf die Niere versperren würde. Zum zweiten haben wir ein 2-Photonenmikroskop eingesetzt, mit dem man tiefer als mit einem normalen Mikroskop in das Gewebe eindringen kann. In den lebenden Larven dieser speziell gezüchteten Zebrafische gelang es uns, mit dem 2-Photonenmikroskop die Podozyten und ihre Fortsätze mit einer Auflösung von einem Mikrometer bis zu 23 Stunden zu beobachten. Das Ergebnis war eindeutig. Die Podozyten mitsamt ihrer Fortsätze verharren völlig regungslos auf den Kapillaren.“

„Sesshafte Podozyten garantieren wahrscheinlich eine ungestörte und gute Filtration“, vermutet Prof. Karlhans Endlich, Direktor des Instituts für Anatomie und Zellbiologie an der Universitätsmedizin Greifswald. „Es gibt jedoch deutliche Hinweise, dass geschädigte Podozyten unruhig werden. Sie beginnen, ihre Fortsätze zu bewegen und zu wandern, was zu einer Störung der Filtration führt. Mit den experimentellen Voraussetzungen, die wir nun geschaffen haben, können wir jetzt die Podozyten auch unter Krankheitsbedingungen beobachten.“

Das Ziel der Greifswalder Wissenschaftler ist es, zur Entwicklung von neuen Therapien bei Erkrankungen der Niere beizutragen. Gegenwärtig ist die Diagnose schwierig, die Krankheitsmechanismen sind weitestgehend unklar und wirkungsvolle Medikamente stehen daher kaum zur Verfügung.

Klar ist jedoch, bei sehr vielen Nierenerkrankungen verändern sich die Fortsätze der Podozyten. Beim Gesunden sind sie von zarter Struktur und mit den Fortsätzen der benachbarten Podozyten ineinander verschränkt. Bei Erkrankungen werden die Fortsätze breit und die Verschränkung verschwindet. Dies führt zu schweren Störungen der Nierenfunktion. „In Zukunft möchten wir beobachten, wie sich die Fortsätze bei einer Schädigung der Podozyten verändern. Dann können wir Proteine identifizieren, die dafür verantwortlich sind und Substanzen und Arzneimittel finden, welche die Veränderungen verhindern oder rückgängig machen“, so Prof. Karlhans Endlich.

Hintergrund

Zebrafische im Dienst der Wissenschaft
Der Zebrafisch gehört zur Familie der Karpfenfische und heißt eigentlich Zebrabärbling. An einem Zebrafisch kann die Entwicklung des Organismus im Zeitraffertempo verfolgt werden. In nur 70 Stunden entwickeln sich seine befruchteten Eier und schon nach einem Tag bilden sich die Larven mit Dottersack, Augen und Schwanz. Nach drei Tagen ist die Larve voll entwickelt und verfügt bereits über Herz, Augen, Gehirn und Niere. Da die Nierenkörperchen ähnlich wie beim Menschen aufgebaut sind, macht das den leicht zu haltenden Zebrafisch zum idealen Tiermodell.

Die Larve wird für die Untersuchung betäubt und in eine Schale mit einem fixierenden Gel und Wasser gelegt. Das Objektiv des Mikroskops wird von oben in das Wasser eingetaucht.

2-Photonenmikroskop
Mit einer Summe von 2,1 Millionen Euro fördert die EU seit 2010 sowohl die Anschaffung des 2-Photonenmikroskopes als auch die damit verbundene medizinische Forschung in Greifswald. Neu an diesem Supermikroskop ist die Tatsache, dass aufgrund der höheren Eindringtiefe und Empfindlichkeit Zellen im lebenden Organismus über lange Zeit beobachtet werden können. Neben der hohen Auflösung ermöglicht das Mikroskop eine dreidimensionale Abbildung der biologischen Probe.
*Journal of the American Society of Nephrology (JASN - www.jasn.org)
Two-Photon Microscopy Reveals Stationary Podocytes in Living Zebrafish Larvae
http://ttp://jasn.asnjournals.org/content/early/2013/12/04/ASN.2013020178.abstract.html?papetoc

doi: 10.1681/ASN.2013020178

Universitätsmedizin Greifswald
Institut für Anatomie und Zellbiologie
Direktor: Prof. Dr. Karlhans Endlich
Friedrich-Loeffler-Straße 23 c, 17475 Greifswald
T +49 3834 86-53 00
E karlhans.endlich@uni-greifswald.de

Constanze Steinke | idw
Weitere Informationen:
http://www.medizin.uni-greifswald.de
http://www.medizin.uni-greifswald.de/anatomie/

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