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Im Rahmen eines Projekts, das vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützt wird, untersuchte das Institut für Virologie und Immunologie (IVI), genauer die Gruppe des Immunologen PD Dr. Marco Alves, die Reaktion der Lunge bei einer Infektion mit dem Respiratorischen Synzytial-Virus (RSV) in einer frühen Lebensphase. Dieses Forschungsprojekt liefert neue Erkenntnisse darüber, welche Faktoren beim Wirt zur Folge haben, dass eine RSV-Erkrankung schwer verläuft. Es hat ergeben, dass dafür eine unangemessene Immunreaktion der noch unreifen Lunge verantwortlich ist. Darüber hinaus hat das Forschungsteam mesenchymale Stamm- und Stromazellen als Schlüsselelemente für die Reparatur und Regeneration der Lunge nach einer RSV-vermittelten Schädigung identifiziert. «Die Dissertation von Melanie Brügger liefert neue Erkenntnisse über die Mechanismen des Krankheitverlaufs, verursacht durch eine RSV-Infektion in der kritischen ersten Lebensphase, und könnte einen Beitrag für künftige Behandlungen leisten», erklärt Marco Alves, der Betreuer der Doktorarbeit von Melanie Brügger.
Erforschung der Reparatur und Regeneration nach Lungenschäden durch Respiratorischen Synzytial-Virus (RSV)-Infektionen
Interview mit Dr. Melanie Brügger, die ihre Doktorarbeit zum Thema RSV erfolgreich verteidigt hat
Was war das Ziel Ihrer Dissertation?
Das Ziel meiner Doktorarbeit war es, die Rolle eines bestimmten Zelltyps der Lunge bei einer RSV-Infektion zu untersuchen, nämlich die mesenchymalen[1] Stamm- und Stromazellen (MSC). Bereits bekannt war, dass MSC bei der Entwicklung und Regeneration der Lunge sowie bei der Aufrechterhaltung der Homöostase[2] eine entscheidende Rolle spielen. Es ist jedoch nur sehr wenig über diese Zellen im Zusammenhang mit Virusinfektionen der Atemwege und daraus folgenden Lungenschäden bekannt. Das Projekt wurde erst mit meiner Dissertation in Angriff genommen. Ich begann deshalb praktisch von Null, entwickelte verschiedene Methoden und erforschte mehrere Hypothesen.
Was haben Sie herausgefunden?
Ich konnte eine bisher unbekannte Funktion von MSCs bei Lungenschäden nach einer RSV-Infektion nachweisen. Dieser Zelltyp ist an bestimmten Schritten der Reaktion des Wirts nach einer RSV-Infektion beteiligt. Ich konnte zeigen, dass MSCs nach der Infektion eine antivirale Reaktion auslösen, die zur Beseitigung des Virus und zum Abklingen der Erkrankung beitragen könnte. Ausserdem führt ein schwerer Verlauf einer RSV-Infektion zu Lungenschäden mit manchmal langfristigen negativen Folgen. Meine Erkenntnisse deuten darauf hin, dass MSCs an der Reparatur und Regeneration von Lungenschäden nach einer RSV-Infektion beteiligt sind. Wir nehmen an, dass dies auch auf andere schwere Atemwegsinfektionen durch Viren zutrifft. Ich stellte interessanterweise fest, dass in vivo MSCs durch RSV befallen werden können.
Wie könnten Ihre Ergebnisse die Forschung zum RSV vorantreiben?
Mit dieser Studie leisten wir einen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Reaktion des Wirts nach einer RSV-Infektion und zu den Lungenreparaturmechanismen in einer kritischen frühen Lebensphase. Wir haben gezeigt, dass MSCs in die RSV-Infektion und die entstehenden Schäden involviert sind und vermutlich eine positive Wirkung auf die Regeneration und Reparaturprozesse haben. Die aktive Rolle der MSCs bei RSV-Infektionen könnte deshalb für die Behandlung bei einem schweren Krankheitsverlauf von Bedeutung sein. MSCs werden denn auch bereits intensiv für den Einsatz im Rahmen von Zelltherapien bei akuter Lungenschädigung untersucht, insbesondere auch im Zusammenhang mit der andauernden COVID-19-Pandemie.
Worauf sind Sie bei Ihrer Arbeit besonders stolz?
Meine Experimente basierten auf Primärzellen und verschiedenen Zellkultursystemen, die als Modell für die Lunge dienen. Bestimmte komplexe Fragen zur Krankheit und zu den Reparatur- und Regenerationsmechanismen konnten jedoch nicht ausschliesslich mit Zellkultursystemen beantwortet werden. Deshalb stützten wir uns auch auf das Lamm-Modell für RSV-Infektionen, das sich sehr gut für die Untersuchung der Krankheit beim Menschen und bei Kälbern eignet. Die Arbeit mit Tier-Modellen ist sehr komplex und erfordert ein enormes Engagement. In den drei Jahren führte unsere Gruppe zusammen mit anderen Forschern verschiedene Untersuchungen durch, die jeweils mehrere Wochen oder sogar Monate dauerten. Dabei musste ich über mich hinauswachsen, und ich bin stolz darauf, dass ich einen bedeutenden Beitrag zum Gelingen des Projekts und besonders zur Planung und Koordination der Studien leisten konnte. Ich bin auch sehr glücklich, dass ich während meiner Doktorarbeit weiterhin Korbball in der Nationalliga A spielen konnte. Das war für mich als Ausgleich sehr wichtig und half mir, im Labor fokussiert und geduldig zu bleiben.
Was hat Ihnen während Ihrer Dissertation am besten gefallen? Was gefällt Ihnen generell an der Forschung?
Besonders schätze ich die Vielfältigkeit bei der Arbeit. Ich mache praktische Experimente, analysiere und interpretiere die Ergebnisse und präsentiere die Daten an Meetings und Kongressen. Während meiner Doktorarbeit hatte ich die Gelegenheit, mit verschiedenen Modellen zu arbeiten: mit Primärzellkulturen, 2D- und 3D-Zellkultursystemen der Atemwege sowie mit einem In-vivo-Modell. Was mir auch besonders gefällt, ist die Zusammenarbeit mit anderen Forschenden im Labor und der Austausch und die Diskussion über Ergebnisse und Ideen. Ich betreute auch einen Master-Studenten, und es machte mir Spass, ihm Wissen zu vermitteln und ich freute mich zu sehen, wie er sich im Labor entwickelt.
Wie erlebten Sie Ihre Zeit am IVI? Was gefiel Ihnen am besten?
Am IVI konnte ich mit vielen Leuten mit unterschiedlichem Hintergrund zusammenarbeiten. Davon profitierte ich enorm. Ich erlernte vielfältige Techniken und begegnete grossartigen Menschen. Dank der spezialisierten Infrastruktur und dem enormen Wissen und der Erfahrung am IVI konnte ich die RSV-Infektion mit dem Lamm-Modell erforschen. Meines Wissens gibt es nur ein einziges Labor in den USA, das ebenfalls mit diesem Modell arbeitet. Die RSV-Infektion anhand eines physiologischen Modells zu untersuchen, war eine einzigartige Erfahrung, gleichzeitig aber auch intensiv und emotional herausfordernd. Für alle im Team war klar, dass wir besonders sorgfältig arbeiten und möglichst viele Erkenntnisse aus dem Modell gewinnen wollten. Wir hoffen, dass wir mit den resultierenden zwei Publikationen (Démoulins et al. PLOS Pathogens 2021 und Brügger et al. PLOS Pathogens 2021) zum besseren Verständnis schwerer RSV-Verläufe und damit allenfalls auch zur Entwicklung eines Impfstoffs oder anderen Behandlungen von Säuglingen, aber auch von Kälbern beitragen können.
Welches sind Ihre nächsten Schritte?
Nach der Verteidigung meiner Doktorarbeit werde ich weiter als Postdoc in der Gruppe von PD Dr. Marco Alves arbeiten, und zwar an einem neuen Projekt zum Thema Sars-CoV-2. Mein Fokus wird auf diesem Projekt liegen, gleichzeitig bietet mir dies den Vorteil, dass ich gewisse Fragen, die in meiner Dissertation unbeantwortet blieben, weiterverfolgen kann. Ausserdem möchte ich mein Netzwerk auf diesem Gebiet erweitern, Zusammenarbeitsprojekte fördern und Gesuche für Forschungsbeiträge schreiben, da ich nach diesem Postdoc nach einer neuen Herausforderung suche, wahrscheinlich irgendwo im Ausland, mit Sicherheit aber in der Forschung.
[1]Mesenchymal: Zellen, die sich zu Bindegewebe, Blutgefässen und Lymphgewebe entwickeln
[2]Homöostase der Lunge: Gleichgewichtszustand der Lunge Harmlose eingeatmete Partikel werden toleriert, während gegen eindringende Krankheitserreger eine effiziente und schnelle Immunreaktionen ausgelöst wird.
Das Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) ist eine häufige Ursache für schwere Lungeninfektionen bei Säuglingen und jungen Kälbern. Beim Menschen ist das RSV ein saisonales Virus, das in den Wintermonaten am häufigsten auftritt. In der Wintersaison 2020/21 hingegen gab es aufgrund der Massnahmen zur COVID-19-Pandemie praktisch keine RSV-Fälle. Im Sommer 2021 kam es jedoch in verschiedenen Ländern weltweit, auch in der Schweiz, zu einem beunruhigenden Anstieg der RSV-Infektionen. Bei Kälbern ist RSV ein Hauptgrund für eine schwere Atemwegsinfektion, die zu einer Lungenentzündung führen kann.
Derzeit gibt es keinen zugelassenen Impfstoff für Menschen und der Impfstoff, der bei jungen Kälbern verwendet wird, hat eine kurze Schutzdauer. Deshalb ist es wichtig, dieses Virus und die damit einhergehende Krankheit besser zu verstehen.
Letzte Änderung 08.12.2021