Neue Analysemethode für Neutrophile Granulozyten Weniger ist mehr: Immunzellen bei chronischen Entzündungen analysieren

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Nach einem Schlaganfall wandern spezielle Immunzellen in das Gehirn und können dort chronische Entzündungen auslösen. Die Analyse dieser Entzündungsherde ist jedoch eine Herausforderung, da normalerweise Millionen dieser Immunzellen benötigt werden, aber häufig nur wenige Zellen vor Ort sind. Ein Forscherteam hat deshalb eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, mit nur 1.000 Neutrophilen eine Analyse durchzuführen.

Neutrophile Granulozyten sind eine Untergruppe von weißen Blutkörperchen und Teil des angeborenen Immunsystems. Ihr Einfluss reicht jedoch weit über die Bekämpfung von mikrobiellen Infektionen hinaus: Sie spielen eine Rolle bei verschiedenen physiologischen und pathologischen Prozessen, wie Tumorwachstum, dem Fortschreiten chronischer Entzündungen und Immunsuppression. Nach einem Schlaganfall können sie in das Gehirn wandern, wo sie chronische Entzündungen fördern und mitunter langfristige Schäden verursachen.

Das Analyseproblem: Zu wenige Zellen am Entzündungsherd

Die Analyse des Neutrophilen Proteoms (der Mehrheit aller exprimierten Proteine) kann wertvolle Einblicke in die funktionelle Dynamik der Neutrophilen unter Krankheitsbedingungen liefern. Doch obwohl Neutrophilen bei gesunden Menschen etwa 60 Prozent der Leukozyten (weiße Blutkörperchen) ausmachen, sind es in Entzündungsherden oft weniger als 1.000 Zellen. Die Verfügbarkeit von Probenmaterial kann daher zu einem Problem werden, insbesondere bei seltenen Populationen von Neutrophilen, wie in Tumoren. Bislang mussten Forschende deshalb Zellen von mehreren Menschen oder Tieren zusammenführen. „Mit unserem Ansatz können wir das Proteom von Neutrophilen mit nur 1.000 Zellen aus einem einzigen Entzündungsherd bei einer Person oder einem Versuchstier analysieren. Dies ermöglicht nicht nur spezifischere Neutrophilen-Analysen, sondern schont auch die Probenressourcen, was insbesondere für eine niedrige Zahl von Tierversuchen von Vorteil ist“, berichtet Susmita Ghosh, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften ISAS.

Umfassende Datensammlung als Referenzwert

Um die Anzahl der für die Proteomanalyse mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) benötigten Zellen zu reduzieren, optimierten die Forscher den Proteinverdau während der Probenvorbereitung sowie die Methode der LC-MS-Datenakquise. Auf diese Weise entstanden umfangreiche, speziesspezifische Spektralbibliotheken mit Neutrophilen aus dem Blut von fünf gesunden Menschen und fünf gesunden Mäusen. Die Datensammlungen umfassen jeweils ca. 5.300 menschliche bzw. ca. 6.200 Mausproteine und liefern wertvolle Erkenntnisse über die proteomischen Unterschiede zwischen humanen und murinen Neutrophilen. Die Spektralbibliotheken und der Neutrophilen-Proteom-Webservice sind öffentlich zugänglich, sodass die wissenschaftliche Gemeinschaft sie als Referenzwerte für ihre eigenen Neutrophilen-Analysen nutzen kann.

Testvalidierung mithilfe von Tabasco-Sauce

Die Forschenden validierten ihre Methode, indem sie die Neutrophilen in zwei verschiedenen Szenarien untersuchten. Zunächst analysierten sie Neutrophilen aus den Gehirnen von Mäusen nach einem Schlaganfall. Die Zellen reagierten auf die glukosearme Umgebung, indem sie ihre mitochondriale Aktivität erhöhten und mehr reaktive Sauerstoffspezies produzierten. Darüber hinaus untersuchten die Wissenschaftler menschliche Neutrophilen. Um eine vom Nervensystem ausgelöste kurzfristige Entzündung in der Mundhöhle zu simulieren, spülten sieben Versuchspersonen beim Projektpartner in Münster ihren Mund mit einer Tabasco-haltigen Lösung. Dies führte dazu, dass Neutrophilen aus der Blutbahn in das entzündete Gewebe einwanderten. Es zeigte sich, dass diese transmigrierten Zellen nach der Wanderung ebenfalls funktionelle Veränderungen durchliefen, die die Forscher auch mittels Durchflusszytometrie bestätigten. Die beiden unterschiedlichen Szenarien zeigen: Die Methode inkl. der Spektralbibliothek ist für verschiedene Entzündungsmodelle geeignet.

Fünf Zellen könnten für die Analyse reichen

Die Wissenschaftler arbeiten bereits daran, ihre Methode weiter zu verbessern, berichtet Ghosh: „Langfristig wollen wir proteomische Analysen für eine Handvoll von Neutrophilen ermöglichen, zum Beispiel für besonders kleine Subpopulationen oder sogar einzelne Zellen. Erste Ergebnisse mit nur fünf Zellen sind bereits vielversprechend.“

Originalpublikation: Ghosh, S. et al. (2024). Proteomic characterization of 1,000 human and murine neutrophils freshly isolated from blood and sites of sterile inflammation. Molecular & Cellular Proteomics, 23(11), 100858.

(ID:50322023)