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29.07.2015

Wie Wunden in der Lunge heilen

Viele Umwelteinflüsse können, wenn sie eingeatmet werden, Lungenzellen schädigen. Wie heilen solche Wunden?

Unsere Lunge ist permanent widrigen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die ihre Zellen schädigen oder gar zerstören können. Anschließend muss das betroffene Gewebe so schnell wie möglich ersetzt werden. Detaillierte Einblicke in die dynamischen Veränderungen der Gewebszusammensetzung während dieses Prozesses konnten jetzt Forscher vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie und Helmholtz Zentrum München gewinnen (siehe EMBO Molecular Systems Biology, Online-Veröffentlichung am 14.7.15). 

Lungenerkrankungen sind derzeit nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) die dritthäufigste Todesursache der Welt: Toxische Partikel, Infektionen und chronische Entzündungsreaktionen bedrohen unsere Atemwege. Ein entscheidender Vorgang ist in diesem Zusammenhang die Heilung des Lungengewebes nach erfolgter Schädigung. Da kausale Therapien zurzeit rar sind, ist es wichtig, zu verstehen, wie diese Entzündungs- und Heilungsprozesse in der Lunge ablaufen. Mit Hilfe neuer Methoden der MassenspektrometrieMassenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren zur Messung der Masse von Atomen oder Molekülen und damit eine wichtige Methode der analytischen Chemie bei der Aufklärung der Struktur und Zusammensetzung von Verbindungen und Gemischen. Sie ermöglicht die Erkennung von unbekannten Substanzen (qualitativer Nachweis) und die Bestimmung der genauen Substanzmenge, die einer Verbindung ist enthalten ist (quantitativer Nachweis).
Dazu wird für die zu testende Substanz die Häufigkeit, mit der geladene Moleküle (Ionen) und deren Massenfragmente auftreten, bestimmt. Die zu untersuchende Substanz muss dazu in die Gasphase überführt und ionisiert werden. Die Ionen lassen sich dann durch ein elektrisches Feld beschleunigen und einem Analysator zuführen, der sie nach dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/q) sortiert. 
ist es nun einem interdisziplinären Wissenschaftlerteam um Prof. Dr. Matthias Mann, Direktor am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie, und Prof. Dr. Oliver Eickelberg, Chairman am Comprehensive Pneumology Center (CPC) des Helmholtz Zentrums München und des Klinikums der Universität München, gelungen, diese dynamischen Veränderungen in der Zusammensetzung des Lungengewebes in den unterschiedlichen Phasen der Geweberegeneration genau zu ermitteln und darzustellen.

Um sich nach einer Verletzung zu regenerieren, ersetzt die Lunge die geschädigten Zellen in ihrer Oberfläche durch Stammzellen. Die molekularen Mechanismen dieses Vorgangs sind bisher nur wenig untersucht und verstanden. Kommt es zu einer Verletzung, müssen die für die Reparatur nötigen Stammzellen durch eine komplexe Mischung aus Botenstoffen und Proteinen der Extrazellulären Matrix (EZM) aktiviert werden. Nur durch dieses komplexe Zusammenspiel kann der Ursprungszustand der Lunge wiederhergestellt werden. Erstmals wurde nun die genaue Menge von über 8.000 Proteinen der Gesamtzahl an Eiweißstoffen in der Lunge (des so genannten Lungenproteoms) im gesamten Zeitverlauf dieses mehrstufigen Reparaturprozesses ermittelt und bioinformatisch ausgewertet. „Insbesondere die jetzt gewonnene Information zur genauen Zusammensetzung und Veränderung der EZM und deren dynamischer Interaktion mit verschiedenen Botenstoffen, erlaubt es uns, neue Hypothesen zur Aktivierung von Stammzellen in der Lunge zu entwickeln“, erklärt Dr. Herbert Schiller, Erstautor der Studie.

Die Forschungsergebnisse sind eine wichtige Basis für weitere translationale Forschungsansätze zur Entstehung der Lungenfibrose und chronischer Lungenerkrankungen im Allgemeinen, so die Wissenschaftler. „Diese neuartige Methode der Massenspektrometrie erlaubt es uns, Unterschiede in der Art und Menge von Eiweißstoffen bei Patienten und Gesunden zu analysieren und so völlig neue Therapieansätze für chronische Lungenkrankheiten zu entwickeln“, erklärt Eickelberg.

Quelle: Helmholtz Zentrum München