Entzündungsprozesse im Körper beobachten

Bildgebung von markierten Monozyten während eines Herzinfarkts (Pfeil). Links (Ganzherz mit Schnittlinie) und Mitte (Herzschnitt): Fluoreszenz-markierte Monozyten. Rechts: Radioaktiv markierte Monozyten (Herzschnitt).
© EIMI/M. Schäfers

Projekttitel: Combining myeloid precursor immortalization, genome editing and genetic reporter systems for imaging of monocyte trafficking in inflammation and ischemia
Projektleitung: Johannes Roth, Michael Schäfers
Projektlaufzeit: 11/2017 - 12/2018
Projektkennziffer: FF-2017-17

Monozyten, eine Gruppe von Immunzellen, spielen bei Entzündungen eine zentrale Rolle. Art, Anzahl und Entwicklungsphase von Monozyten bestimmen, ob eine Entzündung abklingt oder chronisch wird. Die Verteilung solcher Monozyten im Körper lässt sich mithilfe von Verfahren der optischen Bildgebung oder der Positron-Emissions-Tomographie (PET) sichtbar machen. Diese Verfahren wurden schon in vorhergehenden CiM-Projekten entwickelt. Die bisherige Bildgebung zur Verfolgung von Monozyten ist allerdings nur begrenzt aussagekräftig. Es fehlen geeignete Marker, die eine wiederholte Bildgebung von Monozyten im Verlauf von Entzündungsreaktionen erlauben. Bei solchen Markern handelt es sich zum Beispiel um Radiopharmaka, die Patienten oder Modellorganismen wie der Maus für eine Untersuchung in winzigen Mengen injiziert werden und die die gesuchten Zellen spezifisch binden und markieren. Wissenschaftler in CiM wollen nun mehr über Entzündungsprozesse herausfinden und mit einer neuen Methode erstmals Monozyten im Verlauf einer Entzündung im lebenden Organismus und in verschiedenen Organen beobachten. In diesem Projekt bringen der Nuklearmediziner Prof. Michael Schäfers und der Immunologe und Pädiater Prof. Johannes Roth verschiedene innovative Gentechnik- und Bildgebungs-Verfahren für die Monozyten-Analyse zusammen.

Ihr Ansatz: Sie erzeugen Monozyten aus Stammzellen und modifizieren diese mit einem sogenannten Reporter-Gen. Werden diese Zellen injiziert, sind sie zunächst nicht auffindbar. Das Reporter-Gen macht es allerdings möglich, dass diese Monozyten spezielle, radioaktive Substrate anreichern können – und zwar wiederholt bei Verwendung eines Markers mit kurzer Halbwertszeit. Diese bauen sich so schnell ab, dass zum nächsten Untersuchungszeitpunkt keine Rückstände der Voruntersuchung mehr zu sehen sind. Die Aufnahmen der Monozyten im Körper zeigt also stets den aktuellen Entwicklungsstand der Entzündung. Wissenschaftler können auf diese Weise Monozyten immer wieder sichtbar machen, wodurch jetzt Untersuchungsserien von Stunden, Tagen, bis zu Wochen möglich werden.

Da die Forscher mit einem radioaktiven Substrat arbeiten, können sie Monozyten mit der PET sichtbar machen. Die Radioaktivität dringt stärker durch Gewebe als zum Beispiel Fluoreszenz-Farbstoffe. Daher lassen sich deutlich empfindlicher Bilder aus dem Inneren des Körpers machen und die Entzündungszellen lassen sich genauer quantifizieren.

Die Wissenschaftler wollen mit diesem Projekt besser verstehen, wie sich Entzündungen selbst regulieren. Entzündungen sind stets die erste Reaktion auf ein verletztes oder infiziertes Gewebe. Sie können aber auch auf Autoimmunerkrankungen oder auf Durchblutungsstörungen hinweisen. Die meisten Entzündungsreaktionen reguliert der Körper problemlos selbst. Bisher ist allerdings unklar, wie das genau funktioniert. In aktuell verwendeten Therapieansätzen werden Entzündungen generell unterdrückt, was mit einem hohen Nebenwirkungsrisiko behaftet ist. Wären die Mechanismen der Selbstregulierung klar, könnte man diese mitunter für eine Behandlung nutzen. Aus diesem Grund werden die oben beschriebenen Bildgebungsverfahren mit modernen Methoden der Gentechnik kombiniert. Damit lassen sich die verwendeten Monozyten funktionell steuern, und die molekularen Mechanismen der Entzündungsregulation aufklären. Die Methoden des aktuellen Forschungsprojekts sind vorerst auf die Erforschung von präklinischen Mausmodellen beschränkt. Ob aus den Erkenntnissen auch eine Therapiemöglichkeit für Menschen resultiert, werden erst weitere Forschungsprojekte zeigen können.