Untersucher-CAVE_ Entzündungen: Lunge, Darm, Haut: Invasive Pilzerkrankung?

Medizin am Abend Berlin Fazit: Studie zeigt, dass Pilz aus der Darmschleimhaut die Lungengesundheit beeinflusst

Team aus Köln und Kiel publiziert Mechanismus der „Immun-Kreuzreaktivität“ in Fachzeitschrift „Cell“
 
Die Zusammensetzung des Mikrobioms – also der unzähligen Bakterien, Pilzen und Viren, die unsere Körperoberfläche, die Haut, den Darm oder die Lunge besiedeln – trägt entschieden zur Gesundheit oder Krankheit des Menschen bei.

Biologische Mechanismen, die Entzündungen im Mikrobiom hervorrufen, sind allerdings noch weitgehend unbekannt.


Professor Dr. Oliver Cornely von der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln und Leiter des Exzellenzzentrums für invasive Pilzerkrankungen an der Universitätsklinik Köln hat gemeinsam mit einer Gruppe von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein erstmals einen Mechanismus entschlüsselt, wie spezifische Mikrobiota des Darms Entzündungsreaktionen in der Lunge verstärken. 

Die in der Fachzeitschrift „Cell“ publizierten Studienergebnisse zu „Human anti-fungal Th17 immunity and pathology rely on cross-reactivity against Candida albicans“ könnten die Entwicklung neuer Therapien von Volkskrankheiten beschleunigen. 

„Eigentlich ist der Pilz Candida albicans, der Darm, Haut und Schleimhäute besiedelt, harmlos“, erklärt Cornely. 

„Unsere Studie hat allerdings nachgewiesen, dass Candida albicans das Gleichgewicht im Abwehrsystem des menschlichen Körpers mitzuverantworten hat.“

• Candida albicans rege das Immunsystem an, spezifische Abwehrzellen, sogenannte Th17-Zellen, zu bilden. 

• Ein Teil dieser Th17-Zellen richtet sich jedoch gegen andere Pilze, wie beispielsweise den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus. 

Dieses Phänomen wird als Kreuz-Reaktivität bezeichnet. 

Die Forschungsgruppe hat nachgewiesen, dass bei immungeschwächten Personen die Konzentration der kreuzreaktiven Th17-Zellen im Lungengewebe erhöht ist und mit einer Krankheitsverschlechterung einhergeht. 

• Die schützende Th17-Reaktion im Darm scheint in der Lunge eher krankmachende Immunprozesse zu verstärken. 

„Wir konnten mit dieser Beobachtung zum ersten Mal nachweisen, wie ein einzelnes Mitglied des Mikrobioms, Candida albicans, die spezifische Immunreaktion gegen eine große Gruppe von anderen Mikroben prägt.

Die Immun-Kreuzreaktivität ist vermutlich ein verbreiteter Mechanismus, über den das Mikrobiom das Immunsystem manipuliert – sowohl mit schützenden als auch schädlichen Auswirkungen“, sagt Cornely.

Die Möglichkeit, solche gezielten Auswirkungen einzelner Mikroben zu entschlüsseln, soll zukünftig zur Entwicklung passgenauer Therapien führen.

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Zur Publikation:
Human Anti-fungal Th17 Immunity and Pathology Rely on Cross-Reactivity against Candida albicans. URL: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30104-7



 

Herzbindegewebezellen (Dehnung) : Plötzlicher Herztod oder REA - Überleben?

Medizin am Abend Berlin Fazit: Wie das Herz bei einem heftigen Stoss auf die Brust reagiert

Es ist nach wie vor ungeklärt, weshalb ein abrupter Stoss auf die Brust im Herzbereich einen Herztod auslösen kann – oder im Fall eines Herzstillstandes das Organ wieder zum Schlagen bringt. 

Ein von der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der EPFL neu entwickeltes Gerät liefert nun neue Erkenntnisse. 


 Prof. Dr. Stephan Rohr, Institut für Physiologie, Universität Bern. zvg

Ein heftiger Schlag auf die Brust kann paradoxe Konsequenzen haben: 

--während Baseballspieler wegen eines Aufpralls des Balls auf der Brust schon einen Herztod erlitten haben, bringt umgekehrt ein zum richtigen Zeitpunkt verabreichter Faustschlag ein Herz, das flimmert und deshalb kein Blut mehr pumpt, wieder in den normalen Rhythmus zurück. 

• Forschende vermuten, dass beide Effekte auf eine durch den Schlag verursachte Dehnung des Herzmuskels zurückzuführen ist, welche die elektrischen Eigenschaften der Herzmuskelzellen verändert.

Welcher Art diese Veränderungen sind, ist aber weitgehend ungeklärt, weil dazu nötige Experimentaltechniken fehlten.

Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelten Forscher der Herzabteilung des Physiologischen Instituts der Universität Bern (Gruppe Rohr) in Zusammenarbeit mit dem «Soft Transducers Laboratory» der EPFL in Neuchatel (Gruppe Shea) ein Experimentiersystem, mit dem sich der Effekt sehr schneller Dehnungen auf das elektrophysiologische Verhalten von Herzmuskelgewebe untersuchen lässt.

Die entsprechende Arbeit wurde in Nature Commmunications publiziert.

Silikonmembran simuliert Gewebe





Autonome Gewebedehnungseinheit mit schematischer Zeichnung ihrer Funktion. Die Spitzen in den Messsignalen zeigen die lokale elektrische Aktivierung des gedehnten Gewebes an.
Universität Bern

Der Herzschlag wird durch einen elektromechanischen Prozess ausgelöst. 

Von den Schrittmacherzellen im Herzen regelmässig erzeugte elektrische Impulse breiten sich schnell auf alle Zellen des Herzens aus und bringen diese dazu, sich zusammenzuziehen womit Blut in den Körper gepumpt wird. 

«Sowohl die tödlichen als auch die lebensrettenden Auswirkungen eines Schlags auf die Brust im Herzbereich wurden bisher mit einer raschen Dehnung in Verbindung gebracht, die zu einer Störung der Ausbreitung der elektrischen Impulse führen», sagt Stephan Rohr, Letztautor der Studie.

Um die scheinbar paradoxen Auswirkungen eines solchen Schlags zu untersuchen, fehlten bisher Experimentiersysteme, die rasche Dehnungen produzieren können. «Die bisherigen Geräte waren zu langsam» erklärt Rohr.

Das neu entwickelte System entwickelt nun Dehnung mithilfe von sogenannten dielektrischen Aktuatoren. Dabei werden Kohleelektroden, die symmetrisch auf beide Seiten einer dünnen Silikonmembran aufgebracht wurden, unter Hochspannung gesetzt. Die Silikonmembran simuliert im Experiment das Stützgewebe der Herzmuskelzellen. Die Hochspannung bewirkt, dass sich die Elektroden annähern und dabei die Silikonmembran deformiert wird. Diese Deformation wiederum führt in einem vorbestimmten Bereich der Membran zu einer der Hochspannung entsprechenden Dehnung. Da das Ausmass und die Geschwindigkeit der Dehnung dem Hochspannungsverlauf augenblicklich folgt, können durch entsprechende Anpassungen des Spannungsverlaufs beliebige Dehnungsmuster erzeugt werden.

Um den Effekt verschiedener Dehnungsmuster auf das elektrische Verhalten von Herzmuskelgewebe untersuchen zu können, wurden die Membranen zusätzlich mit Goldionen-implantierten Elektroden versehen, welche die elektrische Aktivität des Herzmuskelgewebes während der Dehnung messen. «Unser Gerät ist das einzige, das die Dynamik eines Schlags auf die Brust nachahmen und gleichzeitig die elektrophysiologischen Auswirkungen auf das Herzgewebe messen kann», so Rohr.

Bindegewebszellen als Erklärung?

Überraschenderweise konnten die Forscher zeigen, dass auch schnellste Dehnung von Herzmuskelstreifen, die auf die Messelektroden aufgebracht wurden, die Erregungsausbreitung nicht beeinflusst.

Damit widerlegen sie bisherige Studien.

«Dieses unerwartete Resultat zeigt, dass Herzmuskelzellen an sich relativ unempfindlich gegenüber auch schnellster Dehnung sind», sagt Rohr. 

Wie aber lassen sich dann die Effekte der Stösse auf die Brust erklären?

Eine Möglichkeit, die gegenwärtig untersucht wird, besteht darin, dass die Dehnungsempfindlichkeit der Herzmuskulatur nicht im Bereich der Herzmuskelzellen zu suchen ist, sondern auf Herzbindegewebszellen zurückzuführen sind, die einen wichtigen Bestandteil des Organs bilden. 

«Mit unserem neu entwickelten Experimentiersystem lassen sich künftig solche und ähnliche Forschungsfragen unter realistischen Dehnungsbedingungen untersuchen», sagt Rohr.

Dazu gehört etwa auch die Wirkung von Medikamenten und Gentherapien auf die Kopplung zwischen Mechanik und elektrischem Verhalten von erregbarem Gewebe.

Die Studie wurde von der Marie Skłodowska-Curie Action und dem Schweizerischen Nationalfonds SNF unterstützt.

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Originalpublikation:

Publikationsdetails:

Matthias Imboden, Etienne de Coulon, Alexandre Poulin, Christian Dellenbach, Samuel Rosset, Herbert Shea and Stephan Rohr: High-speed mechano-active multielectrode array for investigating rapid stretch effects on cardiac tissue, Nature Communications (2019), 10:834.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-08757-2

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