In einem neuen PNAS Studie Mitautor Dr. Chris Chen, biomedizinischer Ingenieur der Boston University, sagen Forscher, dass sie dem Verständnis der Geheimnisse des Lymphödems näher kommen – einer Erkrankung, die durch die Ansammlung von Flüssigkeit im Körper aufgrund einer Fehlfunktion des Lymphsystems gekennzeichnet ist. Bisher sind die Gründe für diese Störung unklar.
Im Rahmen der Studie erstellte das Forschungsteam ein winziges 3D-Zellkulturmodell, das die Funktion von Lymphgefäßen nachahmt. Mit diesem Modell untersuchten sie, wie sich bestimmte Entzündungsstoffe in unserem Körper, sogenannte Zytokine, auf das Lymphsystem auswirken. Überraschenderweise schwächten diese Zytokine nicht wie erwartet die Verbindungen zwischen Lymphzellen.
Stattdessen machten sie sie enger, was zu Problemen mit dem Flüssigkeitsabfluss aus dem Gewebe führte. Aber hier ist das Spannende: Die Forscher haben auch einen Weg gefunden, diesen Effekten entgegenzuwirken. Indem es auf ein Protein namens ROCK2 abzielte, gelang es dem Team, Lymphödeme bei Mäusen umzukehren. Dr. Chen, Direktor des Biological Design Center der BU, erzählt, wie diese Entdeckung neue Möglichkeiten zur Behandlung der Erkrankung und zukünftige Anwendungen für andere Krankheiten eröffnet.
Was ist das Hauptziel dieser Forschungsstudie?
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, eine Plattform zu entwickeln, um zu untersuchen, wie Lymphgefäße Flüssigkeit ableiten, die sich im Gewebe ansammelt, und diese dann zu nutzen, um zu sehen, ob wir verstehen können, warum die Lymphdrainage verringert ist, wenn es zu einer verletzungsbedingten Entzündung kommt, die zu einem Lymphödem (Ödem) führt oder Schwellung des Gewebes, verursacht durch eine Lymphfunktionsstörung). Letztendlich haben wir einen Weg entdeckt, der dies bewirkt, und gezeigt, dass Lymphödeme gebessert werden können, indem dieser Weg zuerst in unserem Gerät und dann in Mäusen gehemmt wird.
Was ist ein Lymphödem und warum ist es wichtig, es zu untersuchen?
Lymphödeme sind eine schwächende chronische Erkrankung, von der Millionen von Menschen betroffen sind und bei der Flüssigkeit, die auf natürliche und kontinuierliche Weise aus Blutgefäßen in das Gewebe eindringt, nicht ausreichend über die Lymphgefäße abgeleitet wird. Es kann schmerzhaft sein und die Infektionsrate des betroffenen Gewebes oder Organs deutlich erhöhen. In den USA ist eine der häufigsten Ursachen für Lymphödeme die Folge von Operationen oder Bestrahlungen, beispielsweise zur Behandlung von gynäkologischem Krebs oder Brustkrebs.
Was haben die Forscher über Lymphgefäße während einer Verletzung herausgefunden?
Mithilfe des Lymph-on-Chip-Geräts haben wir herausgefunden, dass Entzündungsreize, die häufig bei Verletzungen freigesetzt werden, dazu führen können, dass die Gefäße weniger Flüssigkeit abfließen. Als wir untersuchten, wie dies geschieht, stellten wir fest, dass Zellen ihre Zell-Zell-Verbindungen enger machen, wodurch der Raum zwischen ihnen geschlossen wird und der Durchgang von Flüssigkeit verhindert wird. Sie scheinen diese Tight Junctions mithilfe eines Rezeptors namens JAM-A zu bilden, und die Hemmung von ROCK2 verhindert dies und ermöglicht die Fortsetzung der Drainage.
Was sind die potenziellen zukünftigen Anwendungen dieser Forschung über die Behandlung von Lymphödemen hinaus?
Für die Zukunft hoffen wir zu verstehen, welche weiteren Veränderungen in den Lymphgefäßen nach einer Verletzung auftreten, und allgemeiner zu verstehen, wie ihre Funktion wiederhergestellt werden kann. Die Flüssigkeitsdrainage ist nicht nur für Lymphgefäße wichtig, sondern auch in vielen allgemeineren Fällen, in denen Gewebe Flüssigkeit zurückhält (Ödeme), wie zum Beispiel bei Lungenödemen aufgrund einer COVID-19-Infektion.
Wie könnte diese Studie dazu beitragen, die Lücke zwischen Laborforschung und realen medizinischen Anwendungen zu schließen?
Wir hoffen, dass diese Organ-on-Chip-Modelle, die menschliche Pathologien nachahmen sollen, weiterhin dazu beitragen, eine neue Möglichkeit zur Erforschung und letztendlich Heilung menschlicher Krankheiten zu bieten.
Wer sind die wichtigsten Forschungspartner?
Dr. Hong Chen und Dr. Diane Bielenberg haben beide zu der Arbeit beigetragen. Sie sind Professoren am Boston Children’s Hospital und an der Harvard Medical School und Experten für lymphatische Gefäßbiologie. Dr. Esak Lee leitete die Studie als Postdoktorand in meiner Gruppe und ist jetzt Assistenzprofessor an der Cornell University.
Mehr Informationen:
Esak Lee et al., Ein biomimetisches 3D-Modell der Lymphgefäße zeigt eine Straffung der Zell-Zell-Verbindung und ein Lymphödem über einen Zytokin-induzierten ROCK2/JAM-A-Komplex. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2308941120