Akute Entzündungen im Gehirn bei Multipler Sklerose sichtbar gemacht
Auf Patienten übertragen, was man zuvor in der tierexperimentellen Untersuchung festgestellt hat – das ist das große Ziel vieler in der Biomedizin arbeitender Wissenschaftler. Gelungen ist es Forschern des Exzellenzclusters "Cells in Motion" (CiM) der Universität Münster: Sie konnten erstmals akute Entzündungen im Gehirn bei Patienten mit Multipler Sklerose (MS) bildgebend nachweisen. Dabei arbeiteten Experten verschiedener Disziplinen über mehrere Jahre in einer einzigartigen Form zusammen und kombinierten bildgebende Verfahren von der Mikroskopie bis zur Ganzkörperbildgebung.
Forscher des Exzellenzclusters "Cells in Motion" machten Entzündungen im Gehirn bei Mäusen (links) und bei Multiple-Sklerose-Patienten (rechts) sichtbar. Dazu markierten sie bestimmte Enzyme (MMPs).
© Nachdruck mit Genehmigung des Verlags aus:/Reprinted with permission from: Gerwien und Hermann et al., Sci. Transl. Med. 8, 364ra152 (2016) 9. November 2016
Die Folgen einer Entzündung im Gehirn lassen sich bereits mit einem klinisch etablierten Verfahren, der Magnet-Resonanz-Tomographie, darstellen. Zusätzlich die Entzündung selbst sichtbar zu machen, könnte zukünftig dazu beitragen, bei Patienten mit Multipler Sklerose genauere Diagnosen zu stellen und Therapien besser überwachen sowie zielgerichteter einsetzen zu können.
Multiple Sklerose macht Patienten meist in Schüben erheblich zu schaffen. Bei dieser Autoimmunerkrankung richten sich Immunzellen, also Zellen des körpereigenen Abwehrsystems, gegen den Organismus, den sie eigentlich schützen sollen. Sie überwinden dazu die sogenannte Blut-Hirn-Schranke, also die Wand der Blutgefäße im Gehirn, und greifen dann das Zentrale Nervensystem an.
Die CiM-Forscher nutzten erstmals bestimmte Enzyme, die Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), um die MS-typischen Entzündungen im Gehirn darzustellen. In einer Vorstudie hatten Biologen und Biochemiker um CiM-Sprecherin Prof. Lydia Sorokin festgestellt, dass diese Enzyme eine entscheidende Rolle spielen. Sie hatten Mäuse mit einer der Multiplen Sklerose ähnlichen Erkrankung untersucht und herausgefunden: MMPs ermöglichen Immunzellen, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und ins Gehirn zu wandern, wo sie Entzündungen auslösen.
Um die Enzyme im Organismus zu markieren und in Bildern sichtbar zu machen, entwickelten Nuklearmediziner und Chemiker um CiM-Co-Koordinator Prof. Michael Schäfers einen "Spürstoff", im Fachjargon Tracer genannt. Diese chemische Substanz spürt die gesuchten Enzyme im Körper auf und bindet sich an sie. Die Chemiker koppelten einen Fluoreszenz-Farbstoff an den MMP-Tracer, dessen Lichtsignale sich mit optischen Verfahren messen lassen. Über das Tracersignal konnten die Forscher zunächst bei Mäusen auf die Aktivität der Enzyme schließen. "Wir stellten fest, dass die Beobachtung der MMPs präzise Informationen darüber liefert, wo Immunzellen die Blut-Hirn-Schranke durchwandern und wo Entzündungen im Gehirn vorkommen", sagt Molekularmedizinerin Dr. Hanna Gerwien.
Erste Fallstudien bei Patienten
In ersten Untersuchungen gelang es den Wissenschaftlern, das Verfahren auf den Menschen zu übertragen. Da die Lichtsignale des fluoreszierenden Tracers die dickeren Gewebeschichten beim Menschen nicht durchdringen können, wandelten die Forscher den Tracer um und hängten statt des Fluoreszenz-Farbstoffs einen radioaktiven Signalgeber an. Dessen Strahlung lässt sich mit einem speziellen Verfahren, der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), messen und sichtbar machen. Nuklearmediziner und Neurologen des münsterschen Exzellenzclusters, die gleichzeitig am Universitätsklinikum tätig sind, führten nun erste Fallstudien bei Patienten mit Multipler Sklerose durch. Das Ergebnis: Bei Patienten mit akutem MS-Schub reicherte sich der Tracer deutlich an, und zwar schon bevor im betroffenen Bereich mit dem traditionellen Verfahren der Magnet-Resonanz-Tomographie eine Schädigung der Blut-Hirn-Schranke zu sehen war.
"Es war schon etwas Besonderes, dass man bei einem Patienten untermauern konnte, was man zuvor in der tierexperimentellen Grundlagenforschung festgestellt hatte", sagt Dr. Sven Hermann, Nuklearmediziner und Experte für Kleintierbildgebung. "Das ist doch der Wunsch eines jeden Wissenschaftlers." Auch die Erwartung, dass der Tracer sich nach anti-entzündlicher Therapie weniger anreicherte, wurde erfüllt.
Das Verfahren wird nicht in der klinischen Praxis angewendet. Bei der Untersuchung handelte es sich um eine Pilotstudie.
Originalveröffentlichung
Gerwien H, Hermann S, Zhang X, Korpos E, Song J, Kopka K, Faust A, Wenning C, Gross CC, Honold L, Melzer N, Opdenakker G, Wiendl H, Schäfers M, Sorokin L.; "Imaging Matrix Metalloproteinase Activity in Multiple Sclerosis as a Specific Marker of Leukocyte Penetration of the Blood-Brain Barrier"; Science Translational Medicine; 2016
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