Von wegen versteckt – Das Immunsystem kann das Gehirn doch sehen.

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Das lymphatische System ist Teil unseres Kreislaufsystems. Es ähnelt dem Herzkreislaufsystem, aber anstelle von Blut, das Nährstoffe und Sauerstoff transportiert, zirkuliert dort Lymphe. Diese besteht aus der extrazellulären Flüssigkeit innerhalb der Gewebe und enthält Abfallprodukte der Zellen und überschüssiges Wasser (genannt Gewebsflüssigkeit). Das Immunsystem nutzt das weite Netzwerk von Lymphgefäßen und Lymphknoten, um die Gewebsflüssigkeit auf Krankheitserreger zu testen und als „Straßen“ für die Immunzellen, um die Nachricht von einer möglichen Bedrohung zu verbreiten.

Bisher wurde angenommen, dass das Gehirn keine lymphatischen Strukturen enthält. Was die Frage aufwirft, wie das Gehirn überschüssiges Wasser und Abfallmoleküle der Zellen los wird? Während Blutgefäße im Gehirn vorhanden sind, blockiert die sogenannten Blut-Hirn-Schranke den Austausch von Zellen oder größeren Molekülen zwischen dem Gehirn und Blut, um das Gehirn vor Infektionen in anderen Teilen des Körpers zu schützen. Das Gehirn ist also quasi der tote Winkel des Immunsystems und kann nicht auf Infektion untersucht werden.

Irgendwie klingt das nach einer schlechten Idee, nicht wahr? In der Tat haben zwei Studien, die im Juni 2015 in Nature und JEM veröffentlicht wurden, nun Lymphgefäße im Gehirn gefunden. Beide Studien zeigen Bilder der Gefässe mit Hilfe einer Technik die Immunhistochemie genannt wird. Diese, häufig in der Wissenschaft verwendete, Technik nutzt die Tatsache, dass Antikörpern verschiedene Zellen innerhalb eines gegebenen Gewebes identifizieren können.

 Immunhistochemie

Bei dieser Technik werden Gewebeproben, von menschlichen Biopsien oder Maus Organen, mit Hilfe von Chemikalien wie Paraformaldehyde, so fixiert, dass die 3D Gewebestruktur konserviert bleibt. Danach werden die Gewebeteile in einem Material, ähnlich zu Wachs, eingebettet, um das Schneiden des Gewebes in 5-20μm Sektionen zu gewährleisten. Die feinen Schnitte werden auf Glasobjektträger gelegt („lächeln“ dabei manchmal, wie unten zu sehen ist zurück) und mit Antikörpern angefärbt. Da jeder Zelltyp einen einzigartigen Satz von Proteinen produziert, können Antikörper gegen diese Proteine verwendet werden, um verschiedene Zelltypen innerhalb eines Gewebes zu identifizieren.

smiling gut

Antikörper werden von B-Zellen gebildet und erkennen normalerweise Moleküle (Antigene) auf Krankheitserreger, so dass wir diese bekämpfen können. Heutzutage können Antikörper allerdings gegen jedes Antigen gemacht werden – in der Tat, können wir sie einfach von Unternehmen bestellen, was sie zu einem wichtigen Instrument für die Immunologie macht!! Aber wie können Antikörper gegen Selbst-Antigene hergestellt werden, wenn B-Zellen diese normalerweise gar nicht erkennen? Einerseits können Antikörper wie in einem Baukasten zusammengebaut werden, da wir die genetische Information, welche die Antikörper kodiert, kennen. Viel häufiger wird das Protein von Interesse aber in einen Wirt einer anderen Spezies (also z.B. ein Maus-Antigen in ein Kaninchen) gespritzt, ähnlich wie bei einer Impfung. Da das Protein von einer anderen Spezies stammt, wird es als fremd erkannt und eine Immunantwort in dem “geimpften” Wirt hervorgerufen. Wirtszellen werden dann verwendet, um Hybridoma-Zellinien, die den Antikörper von Interesse produzieren, herstellen.

Um eindrucksvolle Bilder (wie das unten) zu erzeugen, nutzten die Wissenschaftler ihr Wissen, dass Lymphgefäße die Moleküle Lyve-1, VEGFR3 und Prox1 produzieren, während andere Zellen im Gewebe, wie z.B. Nervenzellen diese Marker nicht produzieren. Die Bilder beweisen die Existenz des lymphatischen Systems innerhalb des Gehirns beweisen.

whole brain pic
Färbung der gesamten Hirnhaut. In grün sieht man die Lymphgefäße und in blau die Zellkerne aller Zellen der Hirnhaut. Abbildung aus Nouveau et al. Nature 2015.

Die Lymphgefäße wurden in der Dura mater gefunden, einer der drei Hirnhautschichten die das Gehirn umgeben. Die Gefäße verlaufen entlang der Blutgefäße und Sinuse des Gehirns. Sie beginnen bei den Augen und verlassen das Gehirn an der Basis des Schädels. Mit Hilfe fluoreszierender Markierungssubstanzen, die in das Gehirn injiziert wurden, konnten beiden Studien zeigten, dass sowohl die Gewebs- als auch die Zerebrospinalflüssigkeit durch die neu entdeckten Lymphgefäße abfließt und in den tiefen Halslymphknoten transportiert wird. In der Flüssigkeit befinden sich auch zahlreiche Immunzellen. Diese Resultate könnten also erklären, wie das Immunsystem das Gehirn patrouilliert und schützt.

Es ist ein wenig überraschend, dass diese Gefäße so lange vor uns versteckt geblieben sind, nicht wahr? Nicht ganz. In der Tat hat ein italienischer Anatom namens Paolo Mascagni ähnliche Gefässstrukturen schon im Jahre 1816 beschrieben, aber niemand konnte seine Daten reproduzieren. Bis jetzt. In einer der Publikationen argumentieren die Autoren, dass die Gefäße wegen ihrer einzigartigen Lage und der geringen Größe schwer zu finden sein. Das lymphatische Netzwerk im Gehirn ist viel kleiner im Vergleich zu anderen Organen, wo die Gefäße viel weiter verbreitet und verzweigt sein. Dennoch denke ich, dass diese Entdeckung mal wieder beweist, dass wir noch lange nicht alles über den menschlichen Körper wissen!

Was bedeutet das für uns? Während die eine Publikation einige wenige Daten basierend auf der menschlichen Dura mater zeigt, basieren die Studien doch hauptsächlich auf Untersuchungen an Mäusen und müssen noch für den Menschen bestätigt werden. Dennoch weisen die Resultate auf einen neuen Weg hin, wie das Immunsystem das Gehirn überwachen kann. Der Abtransport der Gehirngewebsflüssigkeit in das Lymphsystem, ermöglicht es Infektion im Gehirn festzustellen. Ferner konnte ein Experiment in der Aspelund et al Publikation zeigt, dass das lymphatische System für die Entfernung von zellulären Abfallprodukten im Gehirn wichtig ist. Dies könnte Auswirkungen auf neurodegenerative Krankheiten, wie Alzheimer haben, bei denen Protein-Akkumulation zum Tod von Neuronen führt. Die Injektion eines Protein namens OVA in die Gehirne von gentechnisch veränderten Mäusen, denen das Lymphsystem im Gehirn fehlt, zeigte eine Ansammlung von OVA im Gehirn, da es nicht mehr in den Lymphknoten abgeführt werden kann, wie es in normalen Mäusen passiert. Dies wirft die Frage auf, ob ein Defekt der Lymphgefässe Alzheimer-Patienten  beeinflussen kann?

Habt ihr Fragen zu dieser Entdeckung? Lasst es uns wissen!

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