Einem Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Hereon gelang es, 3D-Aufnahmen des Gefäßsystems von Mäuse-Lymphknoten zu machen. Die Bilder zeigen, dass der Eintritt der Gefäße über einen deutlich größeren Bereich erfolgt, als bisher angenommen. 

Das Immunsystem, das Abwehrsystem des Körpers, ist in vielen Dingen noch ein Mysterium. So war bisher auch unklar, wie die Blutversorgung der Lymphknoten aussieht. Jeder Mensch besitzt rund 600 bis 700 Lymphknoten. Sie sind über den ganzen Körper verteilt und messen zwischen 3 und 30 Millimeter. Für die Immunabwehr spielen diese Knoten eine wesentliche Rolle: Sie aktivieren weiße Blutkörperchen, die Lymphozyten, und enthalten zudem Makrophagen, also Fresszellen. „Dennoch wissen wir längst nicht alles über diese wichtigen Teile des Immunsystems“, erklärt Dr. Jörg Hammel, Biologe am Institut für Werkstoffphysik, das an der Hereon-Außenstelle am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg beheimatet ist. „Unter anderem war noch nicht im Detail bekannt, wie das Blutgefäß-System aussieht, das die Knoten mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt und das auch eine wichtige Funktion beim Beherbergen von Immunzellen in den Lymphknoten übernimmt.“

Dieses Geheimnis lüftete jetzt ein Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Hereon. Bislang hatte die Fachwelt angenommen, dass die Blutgefäße nur an einer einzigen Stelle in die Lymphknoten hinein- und hinaustreten – ähnlich wie eine Wand, in der es nur eine Steckdose gibt. Die neuen Aufnahmen zeigten jedoch, dass der Eintritt der Gefäße über einen deutlich größeren Bereich erfolgt. Die Wand besitzt mehrere Steckdosen, verteilt über eine gewisse Fläche – das bisherige Lehrbuchwissen dürfte damit widerlegt sein. 

„Das erscheint insofern sinnvoll, als dass die Lymphknoten, wenn sie bei einer Infektion aktiv werden, um ein Mehrfaches ihres Ursprungsvolumens anschwellen“, beschreibt Hammel. „Indem die Gefäße an mehreren Stellen eintreten statt nur an einer, kann das Gefäßsystem der Lymphknoten effektiver und selektiver auf die Schwellung im aktivierten Zustand reagieren.“  

Die Studie ist eine Gemeinschaftsarbeit der Arbeitsgruppe für interdisziplinäre neurobiologische Immunologie (INI-Research), einem Kooperationspartner der Universität Hamburg, des Helmholtz-Zentrums Hereon, der TU München sowie der Universitäten Hamburg und Duisburg-Essen. Die Arbeitsgruppe nutzte für die Forschung eine besondere Analysemethode – die Mikrotomographie. Vom Prinzip her funktioniert sie genauso wie ein CT-Scanner im Krankenhaus, der dreidimensionale Röntgenaufnahmen aus dem Körperinneren macht. Doch anders als beim Standardverfahren verwendete das Team keine konventionelle Röntgenröhre als Strahlungsquelle, sondern den hochintensiven und stark gebündelten Strahl aus dem Speicherring Petra III des DESY. „Damit erreichen wir einen besseren Kontrast sowie eine höhere Bildauflösung“, erläutert Hammel. „Wir können deutlich detaillierter in eine Probe hineinschauen, als es im Krankenhaus möglich ist.“

Bei ihren Experimenten durchleuchteten die Fachleute die Lymphknoten gesunder Mäuse. Dabei verwendeten sie eine besondere Variante der Mikrotomographie, genannt Phasenkontrast-Verfahren. Hier passiert das Röntgenlicht ein zweidimensionales Gitter, bevor es auf die Probe trifft. Dieses fungiert als eine Art Raster, das ein definiertes Beleuchtungsmuster erzeugt. Das Muster wird dann systematisch über die Probe bewegt. Gleichzeitig nehmen empfindliche Detektoren jene Strahlung auf, die durch die Probe hindurchtritt. Anschließend lässt sich per Computer rekonstruieren, wie die Probe im Einzelnen beschaffen ist. Besonders vorteilhaft: „Im Gegensatz zu den üblichen Methoden brauchen wir kein Kontrastmittel“, sagt Hammel. „Dadurch konnten wir die Lymphknoten für die Untersuchung nahezu in ihrem natürlichen Zustand belassen.“ Das Ergebnis sind beeindruckende 3D-Röntgenaufnahmen der Knoten. Auf ihnen ist das Geflecht der Blutgefäße bis auf knappe zwei Mikrometer genau zu erkennen. 

Für die Zukunft verspricht die Methode einiges mehr: So könnten sich die Gefäße von Lymphknoten untersuchen lassen, die durch eine Infektion aktiviert sind und auf ein Mehrfaches ihrer Größe angeschwollen sind. „Die Knoten sind über den ganzen Körper verteilt“, sagt Hammel. „Und, wir könnten nachschauen, wie die Lymphknoten an verschiedenen Körperstellen auf eine Infektion reagieren.“ Interessant wäre es auch, die Reaktion der Knoten auf eine Corona-Infektion zu analysieren. Schließlich ist mittlerweile bekannt, dass die Viren nicht nur die Lunge, sondern auch Blutgefäße in Mitleidenschaft ziehen. Und ebenfalls spannend könnte sein, ob sich womöglich geschlechterspezifische Unterschiede bei den Lymphknoten finden.

Die Originalpublikation ist im Fachmagazin Frontiers in Immunology

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