Hautexplantate zeigen, wie sich das Ebola-Virus durch den Körper bewegt

Ebola ist eine tödliche hämorrhagische Krankheit, die durch ein Virus verursacht wird, das in Teilen Ost-Zentral- und Westafrikas endemisch ist. Den meisten Menschen ist bewusst, dass der Hauptweg der Übertragung von Mensch zu Mensch der Kontakt mit Körperflüssigkeiten einer infizierten Person ist. Aber neuere Ausbrüche, darunter die Ebola-Epidemie in Westafrika 2013–2016, zeigten, dass das infektiöse Ebola-Virus (EBOV) auch auf der Hautoberfläche von Personen gefunden wird, die einer Infektion erlegen sind, oder zu einem späteren Zeitpunkt während der Infektion. Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass EBOV durch Hautkontakt mit einer Person in späteren Krankheitsstadien übertragen werden kann, ist nur sehr wenig darüber bekannt, wie das Virus aus dem Körper auf die Hautoberfläche gelangt.

In einer neuen Studie haben Forscher der University of Iowa Health Care und Kollegen des Texas Biomedical Research Institute und der Boston University einen zellulären Weg verfolgt, den das Virus nutzt, um die inneren und äußeren Hautschichten zu durchqueren und an die Hautoberfläche zu gelangen. Die Studie identifiziert neue Zelltypen in der Haut, auf die EBOV während einer Infektion abzielt, und zeigt, dass menschliche Hautproben die EBOV-Infektion aktiv unterstützen. Insgesamt sind die Ergebnisse, die am 1. Januar veröffentlicht wurden Wissenschaftliche Fortschrittedeuten darauf hin, dass die Hautoberfläche ein Übertragungsweg von Mensch zu Mensch sein könnte.

„Die Haut ist das größte Organ im menschlichen Körper, wird jedoch im Vergleich zu den meisten anderen Organen kaum erforscht. Wechselwirkungen von EBOV mit Hautzellen wurden bisher nicht umfassend untersucht“, sagt Wendy Maury, PhD, UI-Professorin für Mikrobiologie und Immunologie und Seniorin Autor der Studie.

Unsere Arbeit liefert Beweise für einen mechanistischen Weg, den EBOV nutzt, um den menschlichen Körper zu verlassen. Ein umfassendes Verständnis darüber, welche Zellen während einer Virusinfektion angegriffen werden, ist für die rationale Entwicklung antiviraler Ansätze von entscheidender Bedeutung.“

Wendy Maury, PhD, Professorin für Mikrobiologie und Immunologie, University of Iowa Health Care

Menschliches Hautmodell hilft, EBOV-Entweichung zu verfolgen

Das Forschungsteam unter der Leitung von Maury und Kelly Messingham, PhD, UI-Forschungsprofessor für Dermatologie, entwickelte einen neuen Ansatz, um zu untersuchen, welche Zellen in der Haut mit dem Ebola-Virus infiziert sind. Sie erstellten ein menschliches Hautexplantationssystem unter Verwendung von Vollhautbiopsien von gesunde Personen, die sowohl tiefere (dermale) als auch oberflächliche (epidermale) Hautschichten enthielten.

Um zu untersuchen, wie sich das Ebola-Virus durch die Haut bewegt, wurden die Explantate mit der Hautseite nach unten in Kulturmedien gelegt und dem Medium wurden Viruspartikel hinzugefügt, sodass sie von der Unterseite in die Haut eindringen und so den Virusaustritt aus dem Blut an die Hautoberfläche modellieren. Die Forscher verwendeten Techniken zur Virusverfolgung und Zellmarkierung, um die Reise des Virus durch die Hautschichten bis zur oberen Hautoberfläche zu verfolgen und festzustellen, welche Zellen im Laufe der Zeit infiziert waren.

Frühere klinische und tierexperimentelle Studien hatten berichtet, dass Zellen in der Haut mit EBOV infiziert werden, die spezifischen Zellen, auf die das Virus abzielt, wurden jedoch nicht identifiziert.

In der neuen Studie zeigte das Team, dass EBOV mehrere verschiedene Zelltypen im Hautexplantat infizierte, darunter Makrophagen, Endothelzellen, Fibroblasten und Keratinozyten. Während festgestellt wurde, dass einige dieser Zelltypen auch in anderen Organen mit EBOV infiziert sind, wurde bisher nicht angenommen, dass Keratinozyten, die nur in der Haut vorkommen, eine EBOV-Infektion unterstützen.

Interessanterweise war die Virusreplikation pro Gramm in der Epidermisschicht robuster als in den Hautschichten. Darüber hinaus wurde das infektiöse Virus innerhalb von drei Tagen auf der Epidermisoberfläche nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass sich das Virus schnell ausbreitet und durch die Explantate zur Hautoberfläche gelangt.

Die Forscher zeigten außerdem, dass menschliche Hautexplantate als komplexe, dreidimensionale Organmodelle zur Untersuchung der Wirksamkeit antiviraler Medikamente gegen EBOV dienen können und ein neues, äußerst nützliches und kostengünstiges Modellsystem für therapeutische Tests darstellen.

Schließlich konzentrierte sich das Team auch auf die Wechselwirkungen von EBOV mit zwei spezifischen Hautzelltypen, Fibroblasten und Keratinozyten, und identifizierte spezifische Rezeptoren auf diesen Zellen, die die Aufnahme des Ebola-Virus ermöglichen.

„Diese Studie untersucht die Rolle der Haut als potenzieller Infektionsweg mit dem Ebola-Virus und identifiziert zum ersten Mal mehrere Zelltypen in der Haut, die eine Infektion begünstigen“, sagt Messingham. „Insgesamt klären diese Ergebnisse einen Mechanismus auf, durch den EBOV an die Hautoberfläche gelangt, und könnten die Übertragung von Mensch zu Mensch durch Hautkontakt erklären.“

Zum Studienteam gehörten neben Messingham und Maury auch die UI-Forscherin Paige Richards, Anthony Fleck, Radhika Patel, Jonah Elliff, Samuel Connell, Tyler Crowe, Juan Munoz Gonzalez, Francoise Gourronc, Jacob Dillard und Aloysius Klingelhutz. MarijaDjurkovic und Olena Shtanko vom Texas Biomedical Research Institute sowie Robert Davey von der Boston University waren ebenfalls Teil des Teams.

Die Forschung wurde teilweise durch Zuschüsse des National Institute of Allergy and Infectious Diseases finanziert.

Quellen: