Die Lunge produziert Blutzellen

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Neue Forschungsergebnisse der Universität von Kalifornien San Franscisco (UCSF) zeigen, dass die Lunge der Hauptproduzent von Thrombozyten ist. Bisher glaubten Wissenschaftler, dass alle Blutzellen – von Pathogen-bekämpfenden weißen Blutzellen bis zu roten Blutkörperchen, die Sauerstoff transportieren und Blutplättchen, die Blut während der Wundheilung gerinnen lassen – hauptsächlich und ausschließlich im Knochenmark produziert werden. Dieses Dogma wird nun in Frage gestellt.

Die Lunge beherbergt einer großen Zahl von Megakaryozyten

Eigentlich wollten die Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen Blutplättchen und Immunzellen in Mäusen analysieren. Sie stießen dabei aber überraschender Weise auf eine große Population Thrombozytenvorläufer, die Megakaryozyten genannt werden. Genauer betrachtet, stellte sich heraus, dass die Lunge mehr als 10 Millionen Thrombozyten pro Stunde produziert. Eine Zahl, die etwa die Hälfte aller Blutplättchen in der Mauszirkulation ausmacht, was die Lunge zum Hauptort der Blutplättchen-Entstehung macht. Vergleicht man Megakaryozyten in der Lunge mit denen im Knochenmark mittels Genexpressionsanalyse und Durchflusszytometrie, sieht man das Megakaryozyten in der Lunge weniger reif sind als ihre Gegenstücke im Knochenmark. Dies deutet auf ein Reservoir von unreifen Vorläuferzellen hin, die in der Lunge residieren und Blutplättchen produzieren.

Wie konnte die Rolle der Lunge in der Blutentstehung solange unentdeckt bleiben? Der Schlüssel zu den neuen Daten liegt in der Methode die verwendet wurde, um Megakaryozyten und ihre Differenzierung zu Blutplättchen live zu verfolgen. Mittels einer Mikroskopie-Technik namens Zwei-Photonen-Intravital-Bildgebung konnten die Forscher einzelne Zellen in den Blutgefäßen der Lunge verfolgen. Alles in einer lebendigen Maus, in welcher sich die Zellen in ihrer normalen Umgebung frei bewegen. Vor der Optimierung dieses Analyseverfahrens, konnten Wissenschaftler Zellen in Gewebeproben nur zu einem Zeitpunkt analysieren – eine Art Schnappschuss. Es war daher bekannt, dass Megakaryozyten in der Lunge wohnen, aber das Ausmaß ihrer Funktion war unklar.

Um die Zellen zu visualisieren, wurden genetisch manipulierte (transgene) Mäuse verwendet. Die Mäuse tragen eine Mutation (PF4-Cre × Gt(ROSA)26Sor ^{tm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo}), die alle Megakaryozyten aufgrund der Produktion eines Proteins namens GFP grün leuchten lassen, während alle anderen Zellen rot leuchten, da sie ein Proteins namens Tomato produzieren. Diese Proteine ​​sind für die Zellen harmlos und werden in der Wissenschaft häufig verwendet. Indem die Produktion der fluoreszierenden Proteine mit der Expression eines zelltypspezifischen Proteins verknüpft wird, können bestimmte Zelltypen visualisiert werden. Das Video unten zeigt die coolen Bilder und Videos, die mit dieser Technik gemacht werden können.

Welche Rolle spielen diese Megakaryozyten?

Die Transplantation von Lungen aus normalen Mäusen in Mäuse, die GFP-markierte Megakaryozyten beherbergen, zeigte, dass die Zellen aus dem Knochenmark in die Lunge wandern, da GFP-markierte Zellen in den transplantierten Lungen zu finden waren. Allerdings bleibt unklar, warum sich die Zellen in der Lunge befinden und warum die Lunge so ein guter Ort für die Thrombozytenentwicklung ist. Die Autoren spekulieren, dass “die Lungen ein idealer Bioreaktor für die Produktion von reifen Thrombozyten aus Megakaryozyten sind […]. Jenseits der mechanischen Kräfte, die die Pro-Plättchen-Bildung und -Entwicklung fördern, kann die Lunge einzigartige Signalgeber für Megakaryozyten enthalten, die die Thrombozytenfreisetzung fördern.” In der veröffentlichten Arbeit haben die Autoren diese Vermutungen aber nicht bewiesen.

Ein weiteres Transplantationsexperiment war allerdings noch eindrucksvoller. Die Transplantation von Lungen aus transgenen Tieren (c-mpl^−/−) mit niedrigen GFP-markierten Thrombozytenzahlen, führt zu erhöhter Megakaryozytenaktivität und einem Anstieg der Thrombozytenzahlen in den transplantierten Tieren. Diese Rettung hielt Monate an, was die Lebensdauer der einzelnen Zellen, die etwa 3-5 Tage beträgt, weit übersteigt. Dies deutet darauf hin, dass die in den transplantierten Lungen befindlichen Vorläufer durch die niedrige Thrombozytenzahl in den Organempfängern aktiviert werden und aktiv neue Zellen produzieren, um dem Mangel entgegenzuwirken. Es bedeutet auch, dass die in der Lunge gefundenen Vorläufer langlebig sind. Sie sind keine Zellen, die aus dem Knochenmark kommen und schnell ihr Differenzierungspotential in ihrer neuen Umgebung verlieren. Die Lunge selbst scheint ein Reservoir für funktionell intakte Blutzellen-Vorläufer zu sein.

Megakaryozyten haben Gesellschaft

Nicht nur Megakaryozyten-Vorläufer wurden in den Lungengefäßen gefunden. Blutstammzellen wie HSCs und MMPs wurden auch in der Mauslunge identifiziert – ein weiteres bisher unbekanntes Reservoir. Diese Vorläufer sind in der Lage die Produktion von Immunzellen wie T und B-Zellen zu starten. Verpflanzt man Lungen, in denen alle Zellen fluoreszieren, in Mäuse ohne jegliche Blutstammzellen (c-mpl^−/−), kann man fluoreszierende Zellen finden, die nicht nur in das Knochenmark wandern sondern auch die Knochenmarkstammzellepopulationen wie Langzeit- und Kurzzeit-HSCs ersetzen und die Produktion von T-Zellen, B-Zellen und Neutrophilen anregen können. Dies unterstreicht das Potenzial der Blutstammzellen in der Lunge – zumindest wenn Immunzellen fehlen.

Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass das Knochenmark nicht die einzige Quelle oder Reservoir für Blutstammzellen ist. Das wirft eine Menge Fragen auf: Welche anderen Organe haben eine solche Stammzellpopulation? Sollten wir außerhalb des Knochenmarks schauen, um Krankheiten zu behandeln, in denen die Blutzellzahl niedrig ist (Lymphopenien, Thrombozytopenie)? Welche Wirkung haben diese Stammzellen während der Transplantation?

Bild einer Lunge von Patrick J. Lynch, medizinischer Illustrator. Gefunden auf wikimedia. Lizenz: CC BY 2.5