SPRECHERIN/SPRECHER: WORT-

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1 1 Manuskript radiowissen Das Immunsystem Die Polizei des Körpers AUTORIN: Kathrin Hasselbeck REDAKTION: Gerda Kuhn /: WORT- und GERÄUSCH: Die Haut Blutzellen Lymphknoten Geräusch: Niesen Bakterien Geräusch: Herzklopfen Schwellung Antikörper Geräusch: Husten Viren Unser Körper ist schutzbedürftig. Rund um die Uhr, Tag für Tag, steht er unter Beschuss. Im Feindkontakt mit Bakterien, Viren, Pilzen mit Krankheitserregern. Eine Bedrohung, gegen die er systematisch vorzugehen weiß: durch intelligente Abwehrkräfte, die Eindringlingen eine Antwort entgegensetzen eine Immunantwort. Meistens bekommen wir von alldem gar nichts mit. Aber manchmal erwischt es uns, wir fühlen uns krank. Das liegt daran, dass mit der Immunantwort ein Abwehrprozess beginnt, der unseren gesamten Körper beansprucht. Das Immunsystem läuft auf Hochtouren, und das empfinden wir als unangenehm. Es ist ein Organsystem, es gibt mehrere Organe, die für die Immunantwort wichtig sind, das sind die Lymphknoten, das ist die Milz, primär werden Immunzellen wie alle Zellen des Blutes ja im Knochenmark produziert also das ist ein System von verschiedenen Organen, die da eng zusammenarbeiten Ralph Mocikat arbeitet im Institut für molekulare Immunologie am Helmholtz-Zentrum in München und ist Professor für Immunologie an der Ludwig-Maximilians-Universität. Er erforscht das menschliche Immunsystem. Denn je genauer wir verstehen, wie unsere körpereigene Abwehr funktioniert, umso gezielter können Therapien die entsprechenden Mechanismen nutzen und Krankheiten verhindern oder sogar heilen. Also ich glaub, man weiß schon ne ganze Menge, und das Interessante ist ja, dass man dieses ganze Wissen erst innerhalb sehr kurzer Zeit gewonnen hat. Das hat sich wirklich alles erst so im Laufe der letzten zwanzig Jahre entwickelt. Es ist ein unerhörter Wissenszuwachs gewesen, nichtsdestoweniger glaube ich, dass man das Meiste immer noch nicht weiß. Was man weiß, ist, dass der Schutz unseres Körpers aufgebaut ist wie eine Festung. Bevor sozusagen die "Streitkräfte" im Inneren zum Einsatz kommen, müssen die Angreifer äußere Barrikaden überwinden. Solche physischen Hindernisse sind zum Beispiel Nasenhaare oder Augenlider oder Reaktionen des Körpers wie Niesen oder Husten. Das größte Barrikade-Organ ist die Haut. Wie ein Mantel umhüllt sie uns und verhindert, dass Keime von außen ins Blut eindringen können.

2 2 Zusätzlich ist unsere Haut von einem chemischen Säureschutzmantel überzogen. In dessem ph-wert fühlen sich bestimmte Bakterien wohl, die sich auf unserer Haut tummeln als Hautflora. Diese Hautflora sorgt dafür, dass sich schädliche Keime nicht vermehren können. Somit bildet schon unsere Haut einen physikalisch-chemischen Schutz nach außen. ph-neutral probiotisch Geräusch: Biss in Apfel gesunde Ernährung Der Weg der Nahrung durch unseren Körper entspricht einer inneren Logik: Wir nehmen Lebensmittel mit dem Mund auf - und damit auch Bakterien, die über Magen und Darm unseren Körper durchwandern. Auf diese Weise verfügt unser Verdauungssystem über seinen eigenen Schutz vor Erregern. Rund einhundert Billionen Bakterien bilden einen Schutzfilm, um Keime abzuhalten: als Mundflora und als Darmflora. Auf einer "Zwischenstation" sorgt zudem die Magensäure dafür, dass die meisten Erreger keine Chance haben. Die Zusammensetzung der Darmbakterien ist bei jedem Menschen individuell abhängig davon, wie alt er ist, in welchem Umfeld er lebt und vor allem, wie er sich ernährt. "Und das können Sie tun!" Tipps für ein gesundes Immunsystem, Teil 1: Ernährung. Zu viel Fett und Zucker schaden der Darmflora! Dafür regen Ballaststoffe die Verdauung an und halten den Darm fit. Wer viel Obst und Gemüse isst, hat viele weiße Blutkörperchen wichtig für die Immunabwehr. Kurz: Der Speiseplan sollte gesund und abwechslungsreich sein! Unser Körper hat aber noch mehr Verteidigungs-Strategien zu bieten: Kern des Immunsystems ist eine aktive Abwehr aus Immunzellen zum Teil angeboren, zum Teil erworben. Von Geburt an ist der Mensch mit einer sogenannten unspezifischen Abwehr ausgestattet einem Basisschutz gegen alltägliche Erreger, der vor allem schnell verfügbar ist. Alarm-Geräusche/Sirenen Megaphon-Stimme: Achtung, Achtung! Fremder Eindringling registriert! Alle Systeme auf Auto-Reaktion! Sofort werden die ersten Schritte der Immunantwort eingeleitet: Das angeborene System kann bereits unterscheiden, ob es sich bei den Erregern um Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten handelt. Zu den ersten Notfallhelfern an Ort und Stelle gehören die Granulozyten das sind weiße Blutkörperchen, die die Blutbahn verlassen können und eine Entzündung an der Stelle auslösen, wo Gewebe geschädigt ist. Damit die Infektion so schnell wie möglich unter Kontrolle gebracht wird, markieren Proteine die Erreger, sodass andere Immunzellen diese schneller finden. Dadurch werden andere Proteine herangeführt, die die Erreger zerstören.

3 3 Neben diesem sogenannten Komplementsystem aus Proteinplasma gehören auch körpereigene Abwehrzellen zur ersten Immunantwort des Körpers. Der Immunologe Ralph Mocikat: Z. B. die Fresszellen des Immunsystems. Das sind Zellen, die können fremde Strukturen, also z. B. Bakterien, erkennen aufgrund verschiedener Oberflächenstrukturen, die diese Bakterien tragen. Und das ist das Signal für sie, die dann zu verspeisen und unschädlich zu machen. Neben den Fresszellen sorgen auch die Natürlichen Killerzellen, kurz NK-Zellen, für die Vernichtung feindlicher Eindringlinge. Um zu erkennen, ob eine Zelle Freund oder Feind ist, verwenden auch die NK-Zellen eine Art erkennungsdienstliche Methode. Wie bei einer Ausweiskontrolle prüfen sie die Zellen auf eine bestimmte Oberflächenstruktur, das MHC-Molekül. Fehlt dieses, weiß die Killerzelle, dass es sich um körperfremdes Material handelt und schlägt zu. Das funktioniert auch, wenn Viren körpereigene Zellen befallen haben und als Wirt nutzen. "Und das können Sie tun!" Tipps für ein gesundes Immunsystem, Teil 2: Bewegung. Wer sich trainiert, trainiert auch seine Killerzellen. Menschen, die sich regelmäßig bewegen, haben wesentlich aktivere NK-Zellen. Schon nach einer halben Stunde mäßiger sportlicher Betätigung ist die Zahl der NK-Zellen im Blut angestiegen die Immunabwehr wird also für den Ernstfall vorbereitet und ist entsprechend schneller einsatzbereit. Also: Auf die Plätze fertig Los! Der angeborene Teil des menschlichen Immunsystems besteht zum einen aus löslichen Proteinen, die die Erreger markieren und zerlegen und zum anderen aus verschiedenen Zellen, die direkt im Körper vorhanden und einsatzbereit sind, wie z. B. Entzündungszellen, Fresszellen oder NK-Zellen. Die schnelle Notfallhilfe ist ein Aufgabenbereich der angeborenen, unspezifischen Immunabwehr. Ein anderer ist die Schulung der Zellen, die zum erworbenen Teil des Immunsystems auch adaptives Immunsystem genannt gehören. Diese Fresszellen fressen die Eindringlinge nicht nur auf, sondern sie zerlegen sie dann in ihrem Zellinneren und bringen dann Bruchstücke von diesen Erregern wieder an ihre Oberfläche, und dadurch werden dann die Immunzellen erzogen, die dann ganz spezifisch diese Bruchstücke erkennen können. Bakterium Virus Parasit Pilz bekannt unbekannt T-Zellen B-Zellen Helferzellen Killerzellen Sämtliche Zellen sowohl des angeborenen als auch des erworbenen Immunsystems gehören zu den weißen Blutkörperchen, den Leukozyten. Um miteinander zu kommunizieren, nutzen sie das Lymphsystem, das sich parallel zum Blutkreislauf im ganzen Körper verzweigt und mit diesem verbunden ist. Die Lymphgefäße verlaufen in Bahnen und treffen sich in Schnittstellen, den Lymphknoten. Auch Organe wie Milz oder Mandeln gehören zum Lymphsystem. Verschiedene Zellen schütten Botenstoffe aus, um Immunzellen an die entsprechende Stelle zu locken dahin, wo der Erreger eingedrungen ist.

4 4 Die Abwehrzellen tauschen untereinander Informationen aus. Dabei spielen bestimmte Merkmale auf der Oberfläche des Erregers eine große Rolle: die Antigene. Die Fresszellen präsentieren den sogenannten T-Zellen das Antigen. Nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip prüfen die T-Zellen, ob ihr Rezeptor, den sie an der Oberfläche tragen quasi das Schloss, zu genau diesem Antigen dem Schlüssel passt. Ist das der Fall, beginnt diese T-Zelle sich zu teilen. Es entsteht ein Klon von T-Zellen, die alle dieselbe Spezifität tragen, die alle die Eigenschaft haben, ein bestimmtes Antigen ganz spezifisch zu erkennen. Und wenn dann eine solche T-Zelle aktiviert ist und dann auf eine Zelle trifft, z. B. auf eine virusinfizierte Zelle, die diese Virus-Moleküle auch an ihrer Oberfläche hat, dann wird das Signal gegeben für den Tötungsmechanismus, dann wird sie diese Zelle töten. Man spricht hier von den T-Killerzellen. Unterstützt werden diese Immunzellen von den T-Helferzellen, die sich ebenfalls nach dem Ziel-Antigen ausrichten. Das T steht übrigens für Thymus, ein Organ des Lymphsystems, das sich hinter dem Brustbein befindet und in dem die T-Lymphozyten reifen. Angriff Verteidigung Waffe Antikörper Antigen gut böse Ebenfalls Lymphozyten und Teil der intelligenten weil spezifisch auf einen Erreger ausgerichteten Immunabwehr sind die B-Zellen. Sie produzieren Antikörper, die ganz spezifisch zu einem Antigen passen. Eine beachtenswerte Leistung, findet der Immunologe Ralph Mocikat: Man muss davon ausgehen, dass für jedes Antigen, das denkbar ist, eine spezifische Antikörper-Antwort bereitgestellt werden muss. Und das ist natürlich eine Unmenge von verschiedenen Antigenen und deswegen eine Unmenge von Spezifitäten, die die B-Zellen bereitstellen müssen. Das bewegt sich in der Größenordnung 10 hoch 8 bis 10 hoch 10. Also hundert Millionen bis über eine Milliarde verschiedene mögliche Ausformungen von B-Zellen! Genau wie die T-Zellen, suchen die B-Zellen nach dem passenden Rezeptor zu einem Antigen. Dann können mit der Teilung die Antikörper vermehrt und sogar ins Blut ausgeschüttet werden. Dort bewegen sie sich dann frei und können die Moleküle, auf die sie spezifisch passen, auffinden und markieren oder außer Kraft setzen. "Und das können Sie tun!" Tipps für ein gesundes Immunsystem, Teil 3: Sauna. Ein- bis zweimal in der Woche kräftig schwitzen und vor allem danach eiskalt abduschen; wer seinen Körper diesen Strapazen aussetzt, tut ihm Gutes. Durch die Temperaturschwankung weiten sich die Blutzellen und ziehen sich wieder zusammen. So kommen Immunzellen in Bewegung und reichern beispielsweise Schleimhäute an, also Körperregionen, an denen Erreger zuerst angreifen. Also: ab in den Schwitzkasten! Für das Antigen entstehen langlebige Gedächtniszellen. Sollte derselbe Erreger erneut eindringen, kann die spezifische Immunantwort schneller und stärker einsetzen. Klar:

5 5 Der Gegner ist nun bekannt, die passenden Waffen gegen ihn liegen bereit beste Voraussetzungen für eine schnelle und effektive Gegen-Attacke. Wer zum Beispiel einmal die Windpocken hatte, ist anschließend immun gegen das Virus, das diese Krankheit auslöst: das Varizella-Zoster-Virus. Das wissen auch viele Eltern: Da die meisten Erwachsenen selbst in ihrer Kindheit Windpocken hatten, können sie sich nicht noch einmal anstecken, wenn ihre Kinder infiziert sind. Spritze Impfstoff Autsch! Tröpfcheninfektion Impfpass Freund Feind Geräusch: Niesen Heuschnupfen Geräusch: Naseputzen Die wichtigste Fähigkeit des menschlichen Immunsystems besteht darin, dass es zwischen körpereigenen und körperfremden Eiweißmolekülen und Zellen unterscheiden kann. Besonders bei den T- und B-Zellen, die so vielseitig und flexibel reagieren können, muss gewährleistet sein, dass sie nicht das eigene Gewebe angreifen. Deshalb gibt es schon beim Reifen der T-Zellen im Thymus-Organ eine strenge Auslese. Dennoch kommt es in so einem komplexen System auch zu Fehlern: Wenn der Körper auf seine eigenen Bestandteile abwehrend reagiert, spricht man von einer Autoimmunerkrankung. Einige dieser Krankheiten haben bekannte Namen: Rheumatoide Arthritis, Multiple Sklerose, Diabetes Typ-1. Allen gemeinsam ist, dass Immunzellen gegen körpereigene Stoffe vorgehen. Beim Diabetes Typ-1 beispielsweise zerstören sie die körpereigenen Betazellen der Bauchspeicheldrüse, die das lebenswichtige Hormon Insulin herstellen. Wie und warum es zu Autoimmunerkrankungen kommt, können Forscher noch nicht erklären. Vermutlich spielt aber die genetische Vorbelastung eine Rolle. Bei der Therapie solcher Krankheiten geht es darum, die Immunantwort möglichst zu unterdrücken. Mit dieser Herausforderung werden Ärzte auch nach einer Organtransplantation konfrontiert. Der Immunologe Ralph Mocikat: Die Patienten werden ja dauerhaft mit immunsuppressiven Medikamenten behandelt, damit das fremde Organ nicht abgestoßen wird. Und die Patienten haben natürlich dann Probleme mit der Abwehr von Infektionen z. B. Auch bei Allergien aktiviert der Körper fälschlicherweise eine Immunantwort. Proteine werden als Antigene erkannt, obwohl sie keine sind. Gemäß dem natürlichen Ablauf einer Immunreaktion werden spezifische T- und B-Zellen sowie Antikörper gebildet. Von nun an wird der Körper jedes Mal, wenn er mit dem entsprechenden Stoff in Berührung kommt, allergisch darauf reagieren. "Und das können Sie tun!" Tipps für ein gesundes Immunsystem, Teil 4: Entspannung. Ja, auch die seelische Verfassung wirkt sich auf die Abwehrkräfte des Körpers aus. Bei Dauerstress werden Hormone ausgeschüttet, die das Immunsystem beeinträchtigen. Viele Studien haben erwiesen, dass gestresste oder depressive Menschen anfälliger für Erkältungskrankheiten sind als entspannte oder glückliche. Deshalb: Achten Sie auch auf Ruhe und positive Erlebnisse!

6 6 Ralph Mocikat und seine Kollegen erforschen die Mechanismen des Immunsystems vor allem im Hinblick auf maligne, also bösartige Tumoren. Tumor Gewebe gutartig bösartig Leukämie Lymphdrüsen Tumoren sind schnell wachsendes, aber eben schädliches Zellgewebe, das von der Körperpolizei, den Immunzellen, nicht unbedingt erkannt wird. Das ist insofern was anderes, als ein Erreger etwas Körperfremdes ist, der kommt von außen und kann deswegen vom Immunsystem schnell erkannt werden, während eine Tumorzelle körpereigen ist und deswegen vom Immunsystem ignoriert wird. Auf der anderen Seite, bei Tumorerkrankungen ist es durchaus möglich, dass Immunantworten zustande kommen; man findet durchaus im Patienten dann auch T- Lymphozyten, die Tumorzellen erkennen können, aber die werden immer wieder stillgelegt. Das ist das Thema, mit dem wir uns hier im Institut beschäftigen. Nämlich, ob und wie eine Immunantwort zustande kommen kann gegen maligne Tumoren. Warum Tumoren es immer wieder schaffen, sich einer Immunantwort, wenn sie denn in Gang kommt, zu entziehen, und wie man therapeutisch diese Mechanismen nutzen kann, um hier dem Patienten zu helfen. Ziel der Forscher am Münchner Helmholtz-Zentrum für Immunologie ist es, das Immunsystem dabei zu unterstützen, eine wirksame Immunantwort auf bösartige Tumoren im Blut oder im Lymphsystem zu entwickeln. Ein Ansatz betrifft die sogenannten dendritischen Zellen. Sie gehören zu den Immunzellen des angeborenen Immunsystems, die am schnellsten bei der Schadstelle eintreffen. Da gibt es jetzt z. B. Ansätze, dass man Patienten behandelt mit solchen dendritischen Zellen, die im Labor hergestellt werden und die mit Antigenen, die von dem jeweiligen Tumor exprimiert werden, beladen werden. Und wenn man diese dendritischen Zellen dann in den Patienten transferiert, dann hofft man, dass dadurch T-Zellen gegen diese Antigene stimuliert werden. Um zu prüfen, wie Immunzellen und welche von ihnen etwas gegen einen Tumor ausrichten können, züchten die Wissenschaftler im Helmholtz-Zentrum Tumorzellen in einer Nährlösung. Ralph Mocikat holt einen Glasbehälter in Form einer flachen Flasche aus dem Brutschrank, wo er bei 37 C, also Körpertemperatur, lagert, und legt ihn unters Mikroskop. Das sind jetzt Tumorzellen, ja, die wachsen unendlich. Ja, was machen wir mit den Zellen? Die brauchen wir, um z. B. zu untersuchen, ob Antikörper in der Lage sind, die Zellen zu zerstören. Wir nehmen die Zellen aus der Flasche raus, bringen sie dann zusammen mit Antikörpern. Unter sterilen Bedingungen wird der Antikörper dazugetropft, wir können noch andere Zellen, dendritische Zellen, dazugeben, die wir auch im Labor herstellen können. Und dann wird nachgeschaut, unter welchen Bedingungen kann der Antikörper die Zellen töten. Z. B, wir geben T-Zellen dazu und schauen dann nach, unter welcher Kombination funktioniert das am besten? Oder wir machen s nicht mit Antikörpern, wir können nachschauen, ob T-Lymphozyten, die wir ebenfalls hier im Brutschrank spezifisch gegen Antigene stimulieren können, dann in der Lage sind, die Tumorzellen tot zu machen.

7 7 Neben der Therapie mit Immunzellen arbeiten Ralph Mocikat und seine Forschergruppe an einem weiteren Ansatz, um den Körper bei der Tumorbekämpfung zu unterstützen: Stichwort Antikörper. Wir arbeiten da zusammen mit einer Firma, die sogenannte bi-spezifische Antikörper herstellt. Das sind übrigens die ersten Antikörper, bi-spezifischen Antikörper, die die klinische Zulassung bekommen haben, die also in der Klinik schon angewandt werden. Diese Antikörper zeichnen sich dadurch aus, dass sie zwei Bindungsarme haben. Mit dem einen Bindungsarm erkennen sie ne Tumorzelle, und mit dem anderen Bindungsarm erkennen sie einen T-Lymphozyten. Und dadurch soll dann der T- Lymphozyt spezifisch an die Tumorzelle herangeführt werden und dazu gebracht werden, die Tumorzelle dann zu zerstören. Und der Vorteil von diesen Antikörpern, über die wir hier arbeiten, ist dann der, dass dadurch auch noch ein immunologisches Gedächtnis erzeugt wird. Denn der Antikörper hat ne weitere Eigenschaft: Er führt Fresszellen heran, die dann die Tumor- Bruchstücke auffressen, und dann wiederum dem Immunsystem präsentieren. Und damit entsteht eine erworbene Immunantwort, die von T-Lymphozyten vermittelt wird. Das Ergebnis solcher Forschungsarbeiten könnten einmal Impfstoffe gegen Leukämie oder Lymphdrüsenkrebs sein. Allerdings gibt es bis dahin noch einige Rätsel zu lösen sowohl in der Tumorforschung als auch in der Immunologie. Ralph Mocikat weiß, dass er immer nur kleinste Schritte vorankommt. In Tiermodellen funktioniert das alles relativ gut. Im Menschen ist die Sache natürlich ein wenig schwieriger, weil das System komplizierter ist, weil der Patient möglicherweise schon sehr lange mit den Tumorzellen herumläuft, ehe er eine Therapie beginnt und in dieser Zeit kann der Tumor sich mit dem Immunsystem arrangieren. Man spricht davon, dass bei Tumorerkrankungen eine Immunsuppression vorliegt die Antwort wird abgeschaltet. Dennoch gibt es Hoffnung. Schließlich konnte bereits ein Impfstoff gegen das Humane-Pappiloma-Virus entwickelt werden, der auch einer Erkrankung an Gebärmutterhalskrebs vorbeugt. Das Immunsystem schützt uns vor Krankheitserregern und weiß sich auch auf immer neue Herausforderungen flexibel einzustellen. Und gerade da, wo es übers Ziel hinausschießt und Probleme bereitet, eröffnen sich für die Forscher Möglichkeiten, dieses System besser zu verstehen und irgendwann gegen viele Krankheiten einzusetzen, gegen die wir zur Zeit vielleicht noch machtlos sind. ENDE