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Research Charité – Universitätsmedizin: Wie SARS-CoV-2 ins Gehirn gelangt

BERLIN (pm / nf) – Ein Forschungsteam von Charité – Universitätsmedizin Berlin hat Gewebeproben von verstorbenen COVID-19-Patienten verwendet, um zu analysieren, wie das neue Coronavirus in das Gehirn gelangen kann und wie das dortige Immunsystem auf das Virus reagiert. Die jetzt in Nature Neuroscience * veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass SARS-CoV-2 von den Nervenzellen der Riechschleimhaut auf das Gehirn übertragen wird. Den Forschern gelang es erstmals, elektronenmikroskopische Aufnahmen von intakten Coronavirus-Partikeln in der Riechschleimhaut zu machen.

Es wird jetzt akzeptiert, dass COVID-19 nicht nur eine Atemwegserkrankung ist. Nicht nur die Lunge, das Herz-Kreislauf-System oder der Magen-Darm-Trakt, sondern auch das Zentralnervensystem können SARS-CoV-2 beeinflussen: Mehr als ein Drittel der von COVID-19 Betroffenen berichten von neurologischen Symptomen wie Geruch und Geschmacksverlust, Kopfschmerzen , Müdigkeit, Schwindel und Übelkeit. Gelegentliche Schlaganfälle und andere schwere Krankheiten treten ebenfalls auf. Forscher vermuten, dass der Grund dafür darin besteht, dass das Virus in das Gehirn eindringt und dort bestimmte Zellen angreift. Aber wie kommt SARS-CoV-2 dorthin? Unter der Leitung von Dr. Helena Radbruch vom Institut für Neuropathologie der Charité und Prof. DR. Frank Heppner, Direktor desselben Instituts, ein multidisziplinäres Forschungsteam, hat nun den Eintritt des Virus in das Nervensystem und seinen weiteren Weg im Gehirn verfolgt.

Zu diesem Zweck untersuchten Experten aus den Bereichen Neuropathologie, Pathologie, Forensik, Virologie und klinische Versorgung Gewebeproben von 33 Personen, die in der Charité oder im Universitätsklinikum Göttingen an den Folgen einer COVID-19-Infektion starben – im Durchschnittsalter von fast 72 Jahren Jahr. Mit modernsten Methoden analysierten die Forscher Proben der Riechschleimhaut und vier verschiedener Hirnregionen: Sie suchten nach dem genetischen Material von SARS-CoV-2 und einem Protein in der Virushülle – dem sogenannten Spike-Protein, sowohl im Gewebenetzwerk als auch im Individuum Zellen. Das Team konnte das Virus in mehreren neuroanatomischen Strukturen nachweisen, die Augen, Mund und Nase mit dem Hirnstamm verbinden. Die höchste Viruslast wurde in der Riechschleimhaut gefunden. Dort konnte das Forscherteam erstmals auch intakte Coronavirus-Partikel mit Hilfe von Spezialfärbungen und elektronenmikroskopischen Bildern sichtbar machen: Sie wurden sowohl in Nervenzellen als auch an den Anhängen der dort vorhandenen umhüllenden Zellen gefunden. Für diese Analysen war eine hervorragende Gewebequalität unerlässlich, die die Forschungsgruppe durch eine enge Koordination zwischen Gesundheits- und pathologischen Bereichen und eine ausgefeilte Infrastruktur erreichte.

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„Basierend auf diesen Daten glauben wir, dass SARS-CoV-2 die Riechschleimhaut als Tor zum Gehirn nutzen kann“, sagt Prof. Heppner. Dies ist anatomisch klar: Hier liegen Schleimhautzellen, Blutgefäße und Nervenzellen sehr nahe beieinander. “Von der Riechschleimhaut aus verwendet das Virus offenbar neuroanatomische Verbindungen wie den Riechnerv, um das Gehirn zu erreichen”, fügt der Neuropathologe hinzu. „Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass die von uns per Definition untersuchten COVID-19-Patienten – sie gehören zu der kleinen Gruppe von Patienten, die schließlich an ihnen sterben – einen ernsthaften Kurs eingeschlagen haben. Daher können die Ergebnisse unserer Studie nicht unbedingt auf leichte oder mittelschwere Fälle übertragen werden. “”

Wie sich das Virus aus den Nervenzellen bewegt, ist noch nicht endgültig geklärt. “Unsere Daten legen nahe, dass das Virus von Nervenzelle zu Nervenzelle wandert, um das Gehirn zu erreichen”, erklärt Dr. Rad gebrochen. “Das Virus wird wahrscheinlich gleichzeitig auch durch das Blutgefäßsystem transportiert, da das Virus auch in den Gefäßwänden des Gehirns nachgewiesen werden kann.” SARS-CoV-2 ist nicht das einzige Virus, das über bestimmte Wege in das Gehirn gelangen kann. “Andere Beispiele hierfür sind Herpes-simplex-Viren und das Tollwutvirus, das Tollwut verursacht”, erklärt der Wissenschaftler.

Die Forscher untersuchten auch, wie das Immunsystem auf den SARS-CoV-2-Angriff reagiert: Sie entdeckten aktivierte Immunzellen im Gehirn und in der Riechschleimhaut und entdeckten ihr Immunsystem im Gehirnwasser. In einigen der untersuchten Fälle fanden sie auch Gewebeschäden durch Schlaganfälle, die durch Thromboembolien verursacht wurden, dh durch Verstopfung der Blutgefäße durch Blutgerinnsel. „Aus unserer Sicht liefert die SARS-CoV-2-Schädigung der Nervenzellen in der Riechschleimhaut eine gute Erklärung für die typischen neurologischen Symptome von Menschen mit COVID-19 wie Geruchs- und Geschmacksstörungen“, erklärt Prof. Heppner. „Wir haben SARS-CoV-2 auch in Gehirnregionen gefunden, die wichtige Funktionen wie die Atmung steuern. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei schweren COVID-19-Kursen die Virusplage in diesen Bereichen des Gehirns das Atmen erschwert – zusätzlich zu der verminderten Atemfunktion aufgrund der Viruskontamination der Lunge. Gleiches kann für Herz und Kreislauf gelten. “”

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* Meinhardt J et al., Olfaktorische transmukosale SARS-CoV-2-Invasion als Tor zum Zentralnervensystem bei Patienten mit COVID-19. Nat Neurosci 2020.doi: 10.1038 / s41593-020-00758-5

Auf der Studie
Voraussetzung für die Studie war die Zustimmung der Patienten oder ihrer Angehörigen, für die sich die Studiengruppe ausdrücklich bedankte. Neuropathologen und Pathologen führen Autopsien in Schutzkleidung bei Patienten durch, die an COVID-19 gestorben sind, wie dies bei Patienten der Fall wäre, die an Tuberkulose oder HIV-Infektion gestorben sind. Die Forschungsergebnisse wurden am 4. Juni 2020 als Preprint veröffentlicht. Nach Abschluss des Peer-Review-Prozesses wurde die Arbeit nun in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht.
Originalveröffentlichung
Institut für Neuropathologie an der Charité

Lili Falk

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