Clinical and Experimental Neuroimmunology

Die Arbeitsgruppe für Klinische und Experimentelle Neuroimmunologie beschäftigt sich mit immunologischen Aspekten verschiedener Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf autoimmunologisch bedingten Entzündungen der peripheren Nerven. Bei diesen sogenannten Immunneuropathien entsteht durch eine fehlgeleitete Immunreaktion ein Schaden an den Nervenbahnen. Diese Schädigung führt bei den betroffenen Patienten häufig zu gravierenden Defiziten.

Bei den Immunneuropathien können akute und chronisch verlaufende Subtypen unterschieden werden, die sowohl die reizleitenden Nervenzellfortsätze, sogenannte Axone, oder deren Isolierschicht, das Myelin, betreffen können. Der Prototyp einer akuten entzündlichen Polyneuropathie ist das sogenannte Guillain-Barré-Syndrom (GBS). Hierbei kommt es, häufig nach einer geringfügigen Infektion, zu Symptomen wie Lähmungen, Schmerzen und Parästhesien. Da auch das autonome Nervensystem betroffen ist, benötigen bis zu einem Viertel der Patienten eine maschinelle Beatmung. Bei etwa einem Fünftel der Patienten sind auch nach einem Jahr noch deutliche Einschränkungen feststellbar.

Die häufigste chronische Verlaufsform ist die Chronische Inflammatorische Demyelinisierende Polyneuropathie (CIDP), die sich durch eine progressive Verschlechterung der Symptome über mehr als zwei Monate vom GBS abgrenzt, jedoch auch schubförmig auftreten kann.

Das pathologische Hauptmerkmal entzündlicher Neuropathien ist ein Schaden an Neuronen und den Myelin-bildenden Schwannzellen ist, der durch verschiedene Arten von Immunzellen vermittelt wird. Der entstehende Schaden scheint jedoch nicht nur ausschließlich auf die direkte Immunantwort zurückführbar zu sein. Die Ausschüttung von entzündlichen Zytokinen und anderen Botenstoffen begünstigt die Entstehung eines Milieus, das den weiteren Abbau des Nerven vorantreibt. Dies führt zu einem Zusammenbruch der Myelinintegrität und Schädigung des Axons, was schlussendlich das Ausmaß der Behinderung bestimmt.

Um diese komplexen Pathomechanismen besser zu verstehen, untersucht unsere Arbeitsgruppe mithilfe von hochentwickelten experimentellen Modellen die Interaktion von Immunzellen und gewebsständigen Zellen wie den Myelin-bildenden Schwannzellen. Darüber hinaus befassen wir uns mit der Erforschung regenerativer Ansätze, um eine Remyelinisierung bereits geschädigter Nerven zu ermöglichen.

Ein besseres Verständnis der neuroimmunologischen Zusammenhänge im PNS kann somit zur Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen und Entwicklung neuer Behandlungsoptionen beitragen.

Mitglieder der Arbeitsgruppe sind zudem Gründungmitglieder des nationalen krankheitsbezogenen Kompetenznetzes Peripherer Nerv (KKPNS e.V.). Das KKPNS fungiert als zentrales Organ zur deutschlandweiten Vernetzung von inzwischen 17 neurologischen Unversitätsklinika mit dem Ziel grundlagenwissenschaftliche und klinische Fragestellung in effizienten Kooperationen adressieren zu können. Dazu hat das KKPNS neben einem Patientenregister auch eine nationale Biobank in Zusammenarbeit mit der Westdeutschen Biobank Essen etabliert. Die Biobank ermöglicht die sichere und langfristige Asservierung von biologischem Material wie Blut, Gewebe- und Liquorproben. Diese können anschließend retrospektiv anhand neuer Fragestellungen analysiert werden. Insbesondere mit Blick auf die Heterogenität der Erkrankungen des peripheren Nervensystems kann die detaillierte Charakterisierung von Patienten den Grundstein legen für eine zielgerichtete, individualisierte Therapie.

Darüber hinaus ist die Arbeitsgruppe eingegliedert in das BMBF-geförderte Lipid Immune Nerve Consortium (LINC), eine neu gegründete Forschungsinitiative zwischen den Standorten Essen, Münster, Heidelberg und Leipzig, um erstmalig spezifische Lipidsignaturen als gemeinsamen Pathomechanismus verschiedener peripherer Nervenerkrankungen zu entschlüsseln.

Abbildung 1: Pathogenese entzündlicher Neuropathien: Nervenschädigungen können eine Vielzahl von Ursachen haben. So kann es beispielsweise infolge einer geringfügigen Infektion zu einer fehlgeleiteten Immunantwort kommen. Dadurch werden nicht nur die Erreger, sondern auch Strukturen des peripheren Nerven angegriffen. Im Falle einer akuten Nervenentzündung ist der Nervenschaden häufig reversibel. Bei chronischen Entzündungen führt das anhaltend entzündliche Milieu jedoch zu einem stetigen Abbau der Isolierschicht der Nervenfasern, des Myelins, und im weiteren Verlauf dann auch der Nervenfasern selbst. Ein solcher Schaden ist häufig irreversibel. Aus diesem Grund werden neue Therapien zur Eindämmung des immunvermittelten Schadens und zum Erhalt und der Regeneration der Myelinschicht dringend benötigt.

Abbildung 2: Interaktionen des PNS mit Immunzellen in vitro. (A) Der Prozess der Myelinbildung kann in der Zellkultur nachgebildet werden. Reizleitende Nervenzellfortsätze, sogenannte Axone (grün), werden von Schwannzellen mit isolierenden Myelinscheiden (rot) ummantelt. (B) Durch die Zugabe von autoreaktiven T-Zellen kann die Interaktion zwischen Schwannzellen und Immunzellen in der Zellkultur unter höchst kontrollierbaren Bedingungen untersucht werden. Dargestellt ist ein 3D-Modell der Interaktion einer T-Zelle (gelb) mit Schwannzellen (blau). (C) Nachweis einer Kontaktstelle zwischen Schwannzelle (SC) und T-Zelle (TC) durch hochauflösende Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM).

Abbildung 3: Interaktion des PNS und des Immunsystems in vivo. (A) Nachweis von grün-fluoreszierenden autoreaktiven T-Zellen in einem in vivo Modell des Guillain-Barré-Syndroms. (B) In ebendiesem Modell lässt sich ein enges Zusammenspiel zwischen T-Zellen (rot) und Schwannzellen (grün) näher untersuchen.

Publications:

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