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Research Highlight

| 20.05.2020

Bindung von Malariaparasiten an Blutgefäße lebenswichtiger Organe weiter entschlüsselt

Plasmodium falciparum ist der gefährlichste unter den verschiedenen Malariaerregern und führt unbehandelt zu schweren, lebensbedrohlichen Krankheitsverläufen. Der Malariaerreger ist ein Parasit und infiziert rote Blutkörperchen (Erythrozyten). Diese binden an die Wände kleiner Blutgefäße und können durch Sauerstoffmangel und Überaktivierung des Immunsystems wichtige Organe schädigen, wie Niere, Lunge oder Gehirn. Die Arbeitsgruppe um Prof. Iris Bruchhaus am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin (BNITM) hat die komplexen Vorgänge entschlüsselt, die während der Interaktion infizierter Erythrozyten mit verschiedenen Rezeptoren der Blutgefäßwände auftreten. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

In ihrer Studie analysierten Dr. Nahla Galal Metwally und Dr. Pedro Lubiana aus der Gruppe von Bruchhaus, wie stark Erythrozyten, die mit Malariaparasiten infiziert sind, an verschiedene Rezeptoren der Gefäßwände binden. Dabei simulierten sie sowohl unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit als auch erhöhte Temperaturen (ähnlich fiebriger Bedingungen). Um die Bindungsstärke bestimmen zu können, nutzte die Gruppe ein spezielles Verfahren, das sogenannte „Laminar-Flow-System“. Dieses System imitiert die hydrodynamischen Kräfte, die auf infizierte Erythrozyten unter Fließbedingungen in den Blutgefäßen einwirken. „In allen Experimenten haben wir unterschiedliche Scherspannungen erzeugt, ähnlich wie sie auf infizierte Erythrozyten an den Blutgefäßwänden im Menschen ausgeübt werden“, erklärt Metwally.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kombinierten das Laminar-Flow-System mit einer weiteren neuen Methode der Bioinformatik und charakterisierten so die Bindungsdynamik zwischen Erythrozyten und verschiedenen Rezeptoren der Gefäßwände. „Unsere Forschungsergebnisse unterstreichen deutlich die Komplexität der Interaktion zwischen den Oberflächenmolekülen infizierter Erythrozyten und den Rezeptoren der Blutgefäßwände“, erläutert Gruppenleiterin Bruchhaus die Ergebnisse. Infizierte Erythrozyten binden zunächst an den Rezeptor CD36 und rollen langsam über die Gefäßwände hinweg. Das Rollen stimuliert die Gefäßwandzellen, die daraufhin weitere Rezeptoren bilden und an die Gefäßoberflächen transportieren. Dies führt zu einer sehr stabilen Bindung der infizierten Erythrozyten an die Gefäßwände.

Bei erhöhten, fieberähnlichen Temperaturen, ist es für den Malariaparasiten zudem wichtig, bestimmte Strukturen auf der Oberfläche der infizierten Erythrozyten auszubilden, den sogenannten „Knobs“, um länger an der Gefäßwand verbleiben zu können.

Das Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen Parasiten-infizierten Erythrozyten und den Rezeptoren der Blutgefäßwände eröffnet neue Möglichkeiten: „Neue zielgerichtete Ansätze zur besseren Behandlung und Kontrolle der Malaria sind damit vorstellbar“, betont Bruchhaus.

Laminar-Flow-System am BNITM
Das Laminar-Flow-System imitiert die hydrodynamischen Kräfte, die auf infizierte Erythrozyten unter Fließbedingungen in den Blutgefäßen einwirken. Foto: BNITM

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