Mit Nanotracer und MRT: Nichtinvasive Beobachtung der Wanderung Neutrophiler nach Verletzung des Herzmuskelgewebes

Um tieferen Einblick in die komplexe Rolle der Neutrophilen während der Immunantwort zu erhalten, bildeten Forschende aus Düsseldorf die gesamte Wanderung der Neutrophilen mit nichtinvasiven Ganzkörper-Bildgebungsverfahren in lebenden Mäusen ab.

Neutrophile Granulozyten spielen bei vielen verschiedenen Krankheiten, die mit Entzündungen einhergehen, eine Schlüsselrolle. Es wird heute immer deutlicher, dass neutrophile Granulozyten einen komplexen und dauerhaften Beitrag zur Immunreaktion liefern. Er ist nicht nur in der Anfangsphase der Entzündung, sondern auch in der anschließenden Heilungsphase von großer Bedeutung, indem er reparative Prozesse reguliert.

Um die gesamte Kaskade von der Bildung, Wanderung und Aktivierung der Neutrophilen nachzuvollziehen, entwickelte das Team um Prof. Ulrich Flögel vom Institut für Molekulare Kardiologie der Heinrich-Heine-Universität (HHU) Düsseldorf Nanotracer mit spezifisch gegen Neutrophile gerichteten Bindungspeptiden. In Kombination mit einer speziellen dreidimensionalen Magnetresonanztomographie(MRT)-Technik konnten sie damit die Neutrophilen nicht nur im Blutkreislauf, sondern auch am Ort ihrer Bildung im Knochenmark darstellen und ihre Wanderung in das verletzte Herzmuskelgewebe der Maus nichtinvasiv im lebenden Tier verfolgen.  Die Analyse der Daten zum Ort der Bildung der Neutrophilen ergab, dass der Oberschenkelknochen das größte Neutrophilen-Reservoir und auch die Hauptquelle für die Freisetzung von Neutrophilen nach einem Herzinfarkt darstellt.

Darüber hinaus zeigten die Forschenden, dass sowohl sterile als auch unsterile, d.h. durch äußere Erreger verursachte, Entzündungen zu einer verstärkten Aufnahme der Nanotracer durch Neutrophile führen. Dies kann als nichtinvasiver Indikator für deren Aktivierungszustand genutzt werden. Durch die zusätzliche Analyse menschlicher Blut- und Gewebeproben lieferte das Forschungsteam außerdem überzeugende Hinweise darauf, dass der vorliegende Ansatz auch für die Überwachung der Dynamik menschlicher Neutrophiler geeignet ist.

„Übertragen auf den klinischen Bereich wird es dieser Ansatz nicht nur ermöglichen, verborgene Ursachen für bakterielle oder sterile Entzündungen bei Patienten aufzudecken. Darüber hinaus wird es auch möglich, Krankheitszustände zu entschlüsseln, die sich aufgrund einer verstärkten Infiltration oder Aktivierung von Neutrophilen kurz vor einer schweren Verschlimmerung befinden“, heißt es in einer aktuellen Mitteilung der HHU zur Studie. Auf diese Weise könnten Entzündungsmuster im Hinblick auf das Vorhandensein und die Aktivierung von Neutrophilen besser eingeschätzt und einer maßgeschneiderten personalisierten Therapie zugeordnet werden.

Da ähnliche Nanotracer bereits in klinischen Studien untersucht wurden und klinische MRTs problemlos umgerüstet werden könnten, birgt die Technologie den Forschenden zufolge ein hohes Potenzial für die Diagnose, die personalisierte Therapie und die Identifizierung neuer therapeutischer Ziele. Der Forschungsansatz sei auch leicht an andere Bildgebungsverfahren wie Computertomographie und Positronen-Emissions-Tomographie anzupassen und könne darüber hinaus auch als therapiebegleitendes Werkzeug eingesetzt werden. Als Anwendungsbeispiel nennen sie die zusätzliche Ausstattung der Nanotracer mit immunmodulatorischen Wirkstoffen als Möglichkeit, um etwa die altersbedingte nachlassende Immunantwort zu überwinden oder – das Gegenteil – überschießende Neutrophilenfunktionen zu dämpfen.