Virus-Infektionen von Knochenmarkspendern beeinflussen Erfolg der Transplantation
Stammzellen im Knochenmark versorgen uns ein Leben lang mit neuen Blut- und Immunzellen. Sind sie defekt - etwa durch eine Erbkrankheit oder Blutkrebs – ist die Transplantation von Knochenmarkzellen eines geeigneten Spenders meist die einzige Therapieoption. Der Fokus der Forschung liegt dabei vor allem auf der Gesundheit des Empfängers. Wissenschaftler des TWINCORE haben nun gemeinsam mit Wissenschaftlern des Deutschen Krebsforschungszentrums die Perspektive gewechselt: Sie haben untersucht, welchen Einfluss Virusinfektionen des Spenders von Knochenmarkzellen auf den Erfolg einer Transplantation haben.
Zwei long-term Stammzellen, angefärbt mit spezifischen fluoreszierenden Antikörpern, unter dem Konfokal-Mikroskop.
Simon Renders, HI-STEM / DKFZ
Kurz zusammengefasst: Die Gesundheit des Spenders ist für den Erfolg einer Knochenmarktransplantation nicht minder wichtig, als die des Empfängers. „Allerdings geht es in unserer Studie nicht um die Gesundheit im Moment der Spende – die muss ohnehin gewährleistet sein und wird genauestens überprüft“, sagt Dr. Christoph Hirche, ehemals Wissenschaftler am Institut für Experimentelle Infektionsforschung des TWINCORE – inzwischen am Heidelberg Institute for Stem Cell Technology and Experimental Medicine (HI-STEM). „Wir haben den langfristigen Effekt von zurückliegenden, abgeklungenen Virusinfektionen auf die Eigenschaften der Knochenmarkstammzellen untersucht.“ Besonders im Blick hatten die Forscher die am wenigsten differenzierten und langlebigsten Stammzellen, so genannte ‚long-term-Stammzellen’. Diese Zellen ruhen unter normalen Bedingungen, teilen sich nur sehr selten und sind sozusagen das ‚Backup‘ des blutbildenden Systems. Nur in besonders kritischen Situationen werden sie aktiviert und produzieren dann vermehrt differenzierte Zellen, um lebensbedrohliche Engpässe des Blut- und Immunsystems abzuwenden.
Einer der Notfälle, bei dem diese Stammzellen aktiviert werden, sind starke Entzündungen. Das dabei ausgeschüttete Typ I Interferon weckt die ruhenden Zellen. „Typ I Interferon wird vor allem bei Virusinfektionen in der ersten Abwehrreaktion gebildet. Deswegen haben wir die Typ I Interferon-abhängige Aktivierung von Stammzellen während verschiedener Virusinfektionen untersucht“, sagt Dr. Theresa Frenz vom Institut für Experimentelle Infektionsforschung des TWINCORE. „Besonders hat uns dabei die für Transplantationen bedeutende Zytomegalievirus-Infektion interessiert.“
Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass längst nicht jede Virusinfektion, die eine Interferonausschüttung auslöst, automatisch die ruhenden Knochenmarkstammzellen aktiviert – aber wenn, dann hat das deutliche Auswirkungen auf den Erfolg der Transplantation: Die Forscher haben Stammzellen, die durch eine Zytomegalievirus-Infektion aktiviert wurden, transplantiert, „und diese aktivierten Zellen arbeiten nach der Transplantation deutlich schlechter – sie differenzieren nicht mehr so ausgewogen und zuverlässig“, sagt Dr. Christoph Hirche. „Wirklich verblüffend ist aber die Beobachtung, dass die Knochenmarkzellen auch noch mehrere Wochen nach der Infektion schlechter funktionieren. Obwohl diese Stammzellen wieder vollkommen ‚erholt‘ aussehen, füllen sie das Blut- und Immunsystem schlechter auf und zeigen ein verändertes Differenzierungsprofil.“ Ein Effekt, der sich erst nachvollziehen lässt, wenn die Forscher nicht nur das gesamte Knochenmarksgewebe, sondern die einzelnen Stammzellen genauer betrachten: Diese zeigen nämlich auch nach Wochen noch Anzeichen einer Entzündung auf genetischer Ebene.
Wie stark muss eine Virus-Infektion beim Menschen tatsächlich sein, um die long-term-Stammzellen aus ihrem Ruhezustand zu wecken und sie auch über die akute Phase der Infektion hinweg langfristig zu beeinflussen? Die Wissenschaftler wissen es noch nicht. „Aber was wir wissen ist, dass künftig der Infektionshintergrund von Stammzellspendern genauer untersucht werden sollte“, betont Prof. Ulrich Kalinke, Leiter des Instituts für Experimentelle Infektionsforschung. „Der Erfolg oder auch Misserfolg einer Knochenmarkstransplantation hängt offenbar auch maßgeblich von der Infektionsvergangenheit des Spenders, und nicht nur vom Gesundheitszustand des Empfängers ab. Das sind wichtige Erkenntnisse für die Transplantationsmedizin.“
Originalveröffentlichung
Hirche C., Frenz T., Haas S.F., Döring M., Borst K., Tegtmeyer P.-K., Brizic I., Jordan S., Keyser K., Chhatbar C., Pronk E., Lin S., Messerle M., Jonjic S., Falk C.S., Trumpp A., Essers M.A., Kalinke U.; "Systemic Virus Infections Differentially Modulate Cell Cycle State and Functionality of Long-Term Hematopoietic Stem Cells In Vivo"; Cell Reports; 19, 2345-2356, June 13, 2017
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