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Bärtierchen-Protein kann Blutkonserven besser vor Frost schützen
Zellschutz aus der Natur: Ein kurzer Abschnitt eines Bärtierchen-Proteins könnte das Einfrieren roter Blutkörperchen erleichtern. Zusammen mit dem Zucker Trehalose erreichte die neue Methode nach dem Auftauen eine Wiedergewinnungsrate von 89 Prozent und übertraf damit ein Glycerinverfahren. Ob sich der Ansatz für menschliche Blutkonserven eignet, ist allerdings noch offen.
Xi’an (China). Seltene Blutgruppen werden häufig als tiefgefrorene Reserven vorgehalten, damit passende rote Blutkörperchen auch später verfügbar sind. Üblicherweise schützt dabei Glycerin die Zellen vor Schäden durch Eisbildung. Vor einer Transfusion muss dieser Zusatz jedoch aufwendig wieder ausgewaschen werden, was weitere Blutzellen schädigen kann.
Ein Ersatz wäre deshalb für die Blutlagerung interessant. Der Zucker Trehalose kann Zellmembranen und Proteine stabilisieren, dringt aber allein nur schlecht durch die Hülle roter Blutkörperchen. Einen möglichen Ausweg liefern die Überlebensstrategien der Bärtierchen: Diese winzigen Tiere besitzen besondere Schutzproteine, mit denen sie extreme Austrocknung und Kälte überstehen.
Forscher der Northwestern Polytechnical University (NPU) um Prof. Hui Yang haben nun einen solchen Schutzmechanismus für das Einfrieren roter Blutkörperchen untersucht. Statt eines vollständigen Proteins nutzten sie einen kurzen Abschnitt aus der CAHS-Proteinfamilie der Bärtierchen. Die Abkürzung steht für besonders hitzelösliche Proteine im Zellinneren, die den Tieren beim Überstehen extremer Bedingungen helfen.
Das Team kombinierte das Proteinfragment bei vier Grad Celsius mit Trehalose. Unter diesen Bedingungen war die Zellmembran beweglicher, und mehr von dem schützenden Zucker gelangte ins Innere der roten Blutkörperchen. Beim anschließenden Gefrieren in flüssigem Stickstoff wirkte die Kombination außerdem Schäden entgegen, die durch die Bildung und das Schmelzen von Eis entstehen.
„Diese Studie war unser erster Versuch, eine Lehre aus einem außerordentlich widerstandsfähigen Organismus in eine praktische Strategie zum Schutz von Zellen zu übertragen“, erklärt Leming Sun von der Northwestern Polytechnical University (NPU).
Der Ansatz zeigte einen messbaren Vorteil gegenüber der herkömmlichen Methode. Nach dem Auftauen konnten im Versuch 89,0 ± 0,6 Prozent der behandelten roten Blutkörperchen wiedergewonnen werden. Die Glycerin-Vergleichsmethode erreichte nach der offiziellen Studienmitteilung rund 82 Prozent. Entscheidend ist dabei die Wiedergewinnungsrate, nicht der Nachweis einer bereits klinisch nutzbaren Blutkonserve.
Auch die Eigenschaften der Zellen blieben in den Laboruntersuchungen weitgehend erhalten. Die aufgetauten roten Blutkörperchen zeigten eine normale Form und ein normales Zellvolumen sowie wichtige funktionelle Aktivitäten. Die zugesetzten Schutzstoffe ließen sich anschließend durch Zentrifugieren auswaschen, statt den aufwendigen Glycerin-Entzug durchlaufen zu müssen.
In einem weiteren Test wurden die konservierten Blutzellen an Mäuse mit künstlich ausgelöster Blutarmut übertragen. Nach der Transfusion stiegen die Zahl roter Blutkörperchen und der Hämoglobinwert, also die Menge des roten Blutfarbstoffs, deutlich an. Eine nachweisbare entzündungsfördernde Reaktion trat unter den untersuchten Bedingungen nicht auf.
Die Ergebnisse zeigen, dass ein von Bärtierchen abgeleiteter Eiweißbaustein den bisherigen Gefrierschutz verbessern könnte. Bis zu einer Anwendung in Blutbanken müssen allerdings unter anderem die Langzeitlagerung und die Sicherheit einer späteren Transfusion genauer untersucht werden. Die bisherigen Funktions- und Verträglichkeitsdaten stammen aus Laborversuchen und einem Mausmodell, nicht aus einer klinischen Erprobung am Menschen.