Forscher beleuchten, wie die Lyme-Borreliose den Körper infiziert

Schätzungsweise 476.000 Amerikaner infizieren sich jedes Jahr mit der Lyme-Borreliose, einer Erkrankung, die eine Vielzahl von Symptomen verursacht, darunter Fieber, Hautausschlag und Gelenkschmerzen sowie Auswirkungen auf das Zentralnervensystem und das Herz. Obwohl allgemein bekannt ist, dass Borrelia burgdorferi – das Bakterium, das die Krankheit verursacht – durch den Biss einer infizierten Hirschzecke in den Körper gelangt, ist noch nicht klar geklärt, wie das Bakterium von diesem Biss in den Blutkreislauf einer Person gelangt.

Johns Hopkins-Ingenieure haben möglicherweise die Antwort gefunden. Anhand eines maßgeschneiderten dreidimensionalen Tissue-Engineering-Modells erfuhren sie, dass B. burgdorferi hartnäckige Trial-and-Error-Bewegungen verwendet, um winzige Öffnungen, sogenannte Verbindungsstellen, in der Auskleidung von Blutgefäßen in der Nähe der ursprünglichen Bissstelle zu finden und durchzuschlüpfen. Auf diese Weise können sie mit dem Blutstrom durch den Körper fahren und möglicherweise andere Gewebe und Organe infizieren. Ihre Ergebnisse erscheinen heute in Fortgeschrittene Wissenschaft.

„Unsere Beobachtungen zeigten, dass die Bakterien, wenn sie beim ersten Versuch keine dieser Verbindungsstellen fanden, weiter suchten, bis eine gefunden wurde“, sagte Teamleiter Peter Searson, Professor am Department of Materials Science and Engineering and core der Whiting School of Engineering Forscher am Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology. „Die Bakterien verbringen ein oder zwei Stunden damit, mit diesem Verhalten in die Blutgefäße zu gelangen, aber dort angekommen, sind sie innerhalb von Sekunden im Kreislauf.“

Das Team injizierte die Bakterien in sein dreidimensionales Modell, das ein menschliches Blutgefäß und das umgebende Hautgewebe simuliert, um einen Zeckenstich zu simulieren, und verwendete ein hochauflösendes optisches Bildgebungsverfahren, um seine Bewegungen zu beobachten. Sie beobachteten, dass, obwohl das Gewebe an der ursprünglichen Bissstelle ein Hindernis für die spiralförmigen Bakterien darstellte, diese überwunden werden mussten, dass sie jedoch nur wenig Anstrengung brauchten, um die Verbindungsstellen zu durchdringen und in den Blutkreislauf einzudringen.

„Wir haben zuvor durch Gewebezüchtung Gefäßmodelle anderer Gewebe erstellt, also haben wir das, was wir gelernt haben, angewendet, um ein Modell des Hautgewebes zu erstellen, um das Verhalten und die Mechanismen der Verbreitung von vektorübertragenen Krankheitserregern zu untersuchen“, sagte Searson.

Lyme-Borreliose ist in Nordamerika, Europa und Asien weit verbreitet, und obwohl Antibiotikabehandlungen wirksam sind, treten bei einigen Patienten Symptome auf, die Monate und in einigen Fällen Jahre anhalten können. Das Hopkins-Team sagt, dass das Verständnis, wie sich B. burgdorferi im ganzen Körper ausbreitet, dazu beitragen könnte, Behandlungen zu informieren, um zu verhindern, dass Bakterien vom ersten Biss in andere Gewebe und Organe gelangen.

„Wir glauben auch, dass die Art von menschlichem Gewebezüchtungsmodell, das wir erstellt haben, breit angewendet werden kann, um die Details dynamischer Prozesse zu visualisieren, die mit anderen durch Vektoren übertragenen Krankheiten und nicht nur mit der Lyme-Borreliose verbunden sind“, sagte Searson.