Medizinische Klinik und Poliklinik I
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AG Ishikawa-Ankerhold

Mechanismen der Thrombozytenbiogenese und ihre Auswirkungen auf die Immunthrombose unter Verwendung der Intravitalmikroskopie

Die Intravitalmikroskopie (IVM) ist die Methode der Wahl für die direkte Beobachtung dynamischer zellulärer Prozesse in lebenden Organismen. Das primäre Ziel besteht darin, die Interaktionen zwischen Zellen in Geweben und Organen in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen, sowohl unter normalen physiologischen Bedingungen als auch in Krankheitsmodellen. Dieser Ansatz liefert einzigartige Erkenntnisse, die mit keiner anderen Methode bei vergleichbarer räumlicher und zeitlicher Auflösung erzielt werden können.

Die hochauflösende Beobachtung zellulärer Mikroumgebungen in lebenden Organismen stellt verschiedene technologische, präparative und methodische Herausforderungen dar. Um diesen zu begegnen, setzen wir modernste 4D-In-vivo-Bildgebungstechniken ein, darunter konfokale Laserscanning- und Multiphotonenmikroskopie, kombiniert mit fortschrittlicher Software zur Live-Driftkorrektur (VivoFollow-Software 7,12), um Bewegungsartefakte, die durch Atmung und Herzaktivität verursacht werden, zu korrigieren oder zu minimieren.

Über die Entwicklung der erforderlichen technologischen und methodischen Rahmenbedingungen hinaus haben wir auch eine Reihe von Mausmodellen etabliert, die aufgrund ihrer genetischen Ähnlichkeit mit dem Menschen die Untersuchung menschlicher Krankheitsmuster und die Entwicklung geeigneter therapeutischer Ansätze erleichtern.

Unsere Forschung spielte eine zentrale Rolle im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 914, der sich mit der Migration von Immunzellen bei Entzündungen, Entwicklung und Krankheiten befasste. Dort stellten wir eine Kernkompetenzplattform für die 4D-Multiphotonen-Intravitalmikroskopie des Immunzelltransports in Mausmodellen bereit. Im SFB 1321, der sich mit der Modellierung und Bekämpfung von Bauchspeicheldrüsenkrebs befasst, konzentriert sich unsere Arbeit auf die Untersuchung von Mechanismen, die die Gerinnung und Thrombose während der Metastasierung fördern. Darüber hinaus beteiligen wir uns an zahlreichen Kooperationsprojekten, darunter dem SFB 1123, der sich mit Atherosklerose und neuen therapeutischen Ansatzpunkten befasst.

Ein wichtiger Schwerpunkt unserer Forschungsgruppe ist die Untersuchung der Immunthrombose, insbesondere der Mechanismen, die die Thrombozytenbiogenese im Knochenmark regulieren, und deren Auswirkungen auf thromboinflammatorische Erkrankungen. In diesem Zusammenhang haben wir kürzlich einen wichtigen Regulationsmechanismus der Megakaryopoese entdeckt, bei dem plasmazytoide dendritische Zellen Interferon-alpha freisetzen und so die Thrombozytenproduktion beeinflussen. Diese bahnbrechende Entdeckung, die in Nature 5 (2024) veröffentlicht wurde, wurde durch den Einsatz von IVM ermöglicht und unterstreicht die Leistungsfähigkeit dieser Technologie bei der Aufdeckung von Zellinteraktionen in vivo. Das Verständnis dieses Mechanismus liefert neue Erkenntnisse über die Rolle der Immunregulation bei der Thrombozytenbildung und ihren möglichen Beitrag zu immunthrombotischen Ereignissen.

Unsere Forschungsgruppe widmet sich sowohl der Weiterentwicklung und Standardisierung von Intravitalmikroskopietechniken als auch der Entwicklung hochinformativer Mausmodelle (Link zur IVM-Webseite). Unser wissenschaftlicher Schwerpunkt umfasst die Herz-Kreislauf-Forschung, Immunthrombose-Prozesse sowie die zelluläre Dynamik und Interaktionen von Immunzellen mit Krankheitserregern, Krebszellen und innerhalb der Embryonalentwicklung.

Ein wesentlicher Vorteil unserer Arbeit ist ihre enge Verbindung zu klinischen Anwendungen. An der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und klinischer Medizin angesiedelt, zielen unsere Studien darauf ab, die Lücke zwischen wissenschaftlichen Entdeckungen und medizinischen Innovationen zu schließen.

Methoden

Die Expertise von AG Ishikawa-Ankerhold umfasst eine breite Palette von translationalen Mausmodellen für Krankheiten, die verschiedene Gewebe und Organe abdecken, darunter Haut, Leber, Magen, Niere, Milz, Bauchspeicheldrüse, Plazenta, Dottersack, Gehirn, Fettgewebe, Knochen und Knochenmark, Darm und Muskelgewebe (Abbildung 1).

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Abbildung 1. Multiphotonen-Intravitalbildgebung von Mausgeweben. Repräsentative Intravital-Multiphotonenmikroskopie-Bilder (IVM) verschiedener Mausorgane, darunter Gehirn, Knochenmark, Leber, Magen, Bauchspeicheldrüse und Dottersack. Die Bilder zeigen Immunzellen, Tumorzellen und Blutgefäße, die mithilfe von Fluoreszenzmarkern sichtbar gemacht wurden. Diese Technik ermöglicht die Echtzeitverfolgung der Zelldynamik und erleichtert die Beobachtung therapeutischer Eingriffe in vivo. Verschiedene Farben stehen für unterschiedliche Strukturen oder Zelltypen und helfen bei der Untersuchung gewebespezifischer Interaktionen und des Krankheitsverlaufs.

Um diese Modelle mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen, setzen wir modernste intravitale Bildgebungstechniken ein, wobei der Schwerpunkt auf der 4D-Multiphotonenmikroskopie und der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie liegt. Diese Technologien ermöglichen es uns, dynamische zelluläre Prozesse in vivo mit beispielloser Präzision zu erfassen.

Neben fortschrittlicher Bildgebung umfasst unser methodisches Spektrum:

  • Fortschrittliche intravitale Bildgebungstechniken unter Verwendung von 4D-konfokaler Laserscanning- und Multiphotonenmikroskopie (Link zur IVM-Webseite)

  • 3D-Drucktechnologien zur individuellen Anpassung von Probenhaltern, um eine optimale Positionierung und Stabilität während der Bildgebung zu gewährleisten
  • Bildanalyse (Imaris-, ZEN- und Fiji-Software), mehrdimensionale Bildverarbeitung und Bildrekonstruktion, um ein tieferes Verständnis komplexer biologischer Strukturen und Interaktionen zu ermöglichen
  • Immunhistochemische/Immunfluoreszenz-Charakterisierung von Geweben und Zelltypen sowie Verwendung von Lebendzellfarbstoffen zur Visualisierung spezifischer biologischer Prozesse
  • Durchflusszytometrische Charakterisierung und Trennung verschiedener Zellpopulationen, was gezielte Analysen und Funktionsstudien ermöglicht
  • Zellmigrations- und Chemotaxis-Assays unter Verwendung von Durchflusskammern, mit denen wir die gerichtete Bewegung von Zellen als Reaktion auf verschiedene Reize untersuchen können

Durch die Integration dieser fortschrittlichen Methoden wollen wir Krankheitsmodelle verfeinern, die Bildgebungsgenauigkeit verbessern und zu einem tieferen Verständnis des Zellverhaltens sowohl bei gesunden als auch kranken Menschen beitragen.


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