Hintergrund

Die Myasthenia gravis (MG) ist eine seltene Autoimmunerkrankung. Bei den schätzungsweise 20.000 Patient:innen (in Deutschland) stören fehlgesteuerte Autoantikörper die Kommunikation zwischen Nerv und Muskel. Dadurch ermüdet die Muskulatur an verschiedenen Stellen des Körpers, vor allem unter körperlicher Belastung. Die Erkrankung ist bei Einbeziehung der Atemmuskulatur  lebensgefährlich. 

Die meisten histopathologischen Studien zur Myasthenia gravis stammen aus den 1970er und 1980er Jahren und haben eine „Endplatten-Destruktion“, also eine Zerstörung des Orts der Informationsübertragung von Nerv auf Muskel gezeigt. Seither lag dieser Forschungspunkt über Jahrzehnte brach. In dieser Zeit hat sich jedoch nicht nur die Forschung, sondern auch die Technik weiterentwickelt.

In der Diagnostik der MG wurden bisher 2D-Bilddaten erstellt und ausgewertet. Das aktuelle Projekt soll die Beurteilung der postsynaptischen Endplatten und ihre potentielle Destruktion um eine neue Ebene erweitern. Dies erfolgt durch Nutzung einer neuartigen dreidimensionale Elektronenmikroskopie. Folgende Hypothese soll damit bestätigt werden: durch die 3D-Bilddaten können auch subtilere, in der konventionellen 2D-TEM nicht sichtbare anatomische Veränderungen im Bereich der neuromuskulären Endplatte bei MG-Patient:innen detektiert werden. Dadurch sind sowohl die Beurteilung von Länge, Volumen, als auch Form der postsynaptischen Fältelungen möglich.

Projektziel

Dieses Projekt ist Teilprojekt zur Erforschung Antikörper-spezifischer Pathomechanismen der Myasthenia gravis und dient dem Ziel der Entwicklung von personalisierten Therapiekonzepten bei dieser seltenen Erkrankung. Die Endplatten sollen mittels der 3D-Elektronenmikroskopie bei MG-Patient:innen ultrastrukturell evaluiert werden, um somit die Ultrastruktur dieser Gebilde zu rekonstruieren und eventuelle krankheitsbedingte Veränderungen aufzuzeigen.

Die Nutzung hunderter digitalisierter Schnitte erlauben dabei eine Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur und durch die Speicherung von räumlichen Punkten und der Möglichkeit Kommentare einzufügen besteht eine uneingeschränkte Nachvollziehbarkeit der Auswertungen. Neben der Generation einzelner Bilder kann eine virtuelle „Exkursion“ durch das Gewebe erfolgen und eine 3D-Struktur der neuromuskulären Endplatte visualisiert werden. Neben der Nutzung der Daten für eine Publikation, können diese Daten auch nach der Publikation einem Fachpublikum zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin sind fortführende Untersuchungen anhand derselben Datensätze auch durch andere Forschergruppen möglich.  

Abbildung A: Darstellung des 3D-EM Prozesses, A: hunderte Einzelschnitte werden auf einem Grid aufgezogen und können dann digitalisiert werden. Dabei kann jeder Messpunkt durch die Zuordnung im Koordinatensystem eindeutig zugeordnet werden. 

Abbildung B: In den hochauflösenden Schnitten kann durch Auswahl der region-of-interest (ROI) der passende Bereich für die 3D-Rekonstruktion ausgewählt werden. In diesem Fall der Bereich einer neuromuskulären Endplatte. 

Abbildung C: Nach Digitalisierung aller Bereiche wird eine Synchronisation der Scans und Zuordnung der Einzelschnitte durchgeführt und im Ergebnis eine „Videofahrt“ durch das Gewebe generiert (hier exemplarisch dargestellt durch Einzelbilder des Videos).