Entwicklung eines Schwingquarz-basierten Assays zur Detektion der PfEMP1-vermittelten Zytoadhäsion von Plasmodium falciparum

Malaria ist heutzutage nach wie vor die häufigste aller Tropenkrankheiten, die besonders im

Fall der Malaria tropica schwerwiegende Krankheitserscheinungen auslösen kann. Bei dieser

Form führt die parasitäre Infektion unter anderem zu Schädigungen des Gehirns, Anämien

und im Falle der plazentalen Malaria zu Fehlgeburten. Verantwortlich für die Ausbildung

derart ernster Symptome ist das ausschließlich bei Plasmodium falciparum auftretende

Phänomen der Sequestrierung. Dabei adhärieren späte Blutstadien über verschiedene

parasitäre Proteine an das Endothel postkapillärer Venolen und können im peripheren Blut

nicht mehr nachgewiesen werden. Der dabei wichtigste Ligand ist das parasitäre Protein

Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1 (PfEMP1).

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen auf der Schwingquarzsensorik basierenden

Adhäsionsassay zu entwickeln, um neue Einsichten in den Vorgang der Adhäsion infizierter

Zellen bzw. einzelner PfEMP1-Domänen an die Rezeptoren CD36, Chondroitin-Sulfat A

(CSA) und ICAM-1 zu gewinnen.

Um dies zu realisieren, wurden verschiedene Schichtsysteme zur Immobilisierung

funktionsfähiger Rezeptoren auf den Sensoren entwickelt. Dazu wurden hinsichtlich der

Rezeptoren CD36 und ICAM-1 Membranen verschiedener Zelllinien eingesetzt, die diese

Rezeptoren trugen. Mit diesen Schichten war es sowohl möglich die spezifische Adhäsion

infizierter Zellen an die CD36-tragenden Membranen, als auch die spezifische Bindung

einzelner PfEMP1-Domänen an CD36 bzw. ICAM-1 nachzuweisen. Hinsichtlich der

Domänen konnten dabei bestehende Kenntnisse bestätigt und neue Kenntnisse gewonnen

werden, da neue ICAM-1-bindende Domänen identifiziert werden konnten. Zudem waren

unterschiedliche Affinitäten bzw. Bindungsstärken einzelner Domänen für den Rezeptor

ICAM-1 festzustellen, was bisher mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Im

Hinblick auf die Untersuchung der Adhäsion infizierter Zellen an CSA wurde ein von den in

der Malariaforschung gängigen Immobilisierungsmethoden abweichendes CSABeschichtungsmodell

entwickelt, mit dem eindeutig spezifische Bindungsereignisse

nachgewiesen werden konnten. Des Weiteren war zu verzeichnen, dass die zwischen den

infizierten Zellen und den Rezeptoren CD36 und CSA aufgebauten Bindungen

unterschiedlich stark ausgeprägt waren.

Die Technologie der Schwingquarz-Biosensorik besitzt konventionellen Methoden gegenüber

somit ein enormes Potential für die Malaria-Forschung. Die in der vorliegenden Arbeit

gewonnenen Ergebnisse stellen dabei die Basis für weitere Untersuchungen hinsichtlich der

Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Sequestrierung, der Diagnostik und der

Medikamentenentwicklung dar.