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

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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.