Biomedizinische Ingenieure enthüllen die Dynamik mütterlicher Immunantworten

Sepideh Dolatshahi, Assistenzprofessorin für Biomedizintechnik an der University of Virginia, leitet die Erforschung der Systemimmunologie in ihrer entscheidenden Entwicklungsphase – während der Schwangerschaft.

Bei der Systemimmunologie gehe es darum, verborgene Muster innerhalb des menschlichen Immunsystems aufzudecken, sagte Dolatshahi, deren Forschungsansätze Computermodellierung, Systemserologie und modernste räumliche Analysetechniken umfassen, um Immuninteraktionen zwischen Mutter und Fötus während der Schwangerschaft zu untersuchen, die später die frühe Kindheit unterstützen könnten Immunität.

Entwerfen maßgeschneiderter und wirksamer Impfpläne

Babys sind immungeschwächt und zum Schutz vor Infektionen auf die Antikörper ihrer Mütter angewiesen. Mütter werden während der Schwangerschaft geimpft, um die an das Baby weitergegebenen Antikörper zu erhöhen und anzupassen. Während frühe Impfstoffe wie Tetanus, Diphtherie und Pertussis (TDAP) und neuerdings das Respiratory Syncytial Virus (RSV) erstaunliche Erfolge gezeigt haben, ist die Zahl der für Mütter verfügbaren Impfstoffe begrenzt und Babys bleiben für viele Krankheitserreger anfällig.

Das Dolatshahi-Labor möchte Aufschluss darüber geben, wie Impfstoffe, die schwangeren Frauen verabreicht werden, sowohl mit ihrem sich verändernden Immunsystem als auch mit der sich entwickelnden Plazenta interagieren, um dem Baby einen Immunschutz zu verleihen. Ziel des Teams ist es, personalisierte Impfstrategien zu entwickeln, die besonders gefährdeten Patienten zugute kommen können, beispielsweise solchen mit genetischen Komplikationen oder einem geschwächten Immunsystem.

Um dies zu erreichen, entwickelten Dolatshahi und ihre Kollegen das erste computergestützte Vorhersagemodell für die Impfung von Müttern und den Transfer von Plazenta-Antikörpern. Dieses Modell dient nun als Hilfsmittel, um Ärzten und vorklinischen Forschern beim Testen verschiedener Impfstrategien zu helfen in silico bevor mit kostspieligen, langwierigen klinischen Studien begonnen wird, und um den Zeitrahmen zu verkürzen, in dem Patienten von den daraus resultierenden Impfprotokollen profitieren könnten.

Die Bedeutung der Plazentaentwicklung

Die Plazenta ist ein schützender Pförtner, der den Fötus schützt und regelt, welche Substanzen das heranwachsende Baby erreichen können. Erschreckenderweise ist wenig darüber bekannt, wie die Plazenta die Übertragung von Antikörpern von der Mutter auf das Baby reguliert.

Um diesen Prozess zu beleuchten und zu verstehen, welche Wechselwirkungen für die Übertragung schützender Antikörper auf das Baby verantwortlich sind, untersucht Dolatshahis Team die wichtigen Moleküle, die von Plazentazellen exprimiert werden, und wie sie beim Transport von Antikörpern zusammenarbeiten.

Durch die Untersuchung dieses spezifischen Prozesses mithilfe räumlicher Analysetools hoffen sie, Informationen zu finden, die neue Ziele für Mütterimpfstoffe identifizieren, die den Nutzen für das Baby maximieren.

Aufdecken der Variabilität innerhalb der Bevölkerung

Während der Schwangerschaft ist das Immunsystem der Mutter einem ständigen Wandel unterworfen, daher gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass die Impfung während der Schwangerschaft ein einheitlicher Ansatz sein sollte. Dolatshahi und ihr Team hoffen, Schlüsselvariablen aufzudecken, die den Transfer von Plazenta-Antikörpern beeinflussen und zu Unterschieden in der Bevölkerung beitragen könnten.

Durch die Definition, was dazu führt, dass manche Babys mehr mütterliche Antikörper erhalten als andere, wird Dolatshahis Arbeit Ärzten dabei helfen, Patienten zu identifizieren, die von speziell entwickelten Impfstoffen profitieren könnten, um das Immunsystem ihres Babys bestmöglich zu unterstützen. Im weiteren Sinne wird diese Untersuchung Aufschluss über die biologischen und sozioökonomischen Faktoren geben, die manche Frauen anfälliger für immunbedingte Schwangerschaftskomplikationen machen.

Diese Forschung ist ein Meilenstein für das Verständnis der Nuancen, wie mütterliche Antikörper die Plazenta passieren und Neugeborenen Schutz verleihen, und für die Aufdeckung spezifischer immunbedingter Mechanismen von Schwangerschaftskomplikationen wie Frühgeburten und Präeklampsie. Dolatshahis Forschung schafft die Voraussetzungen für ein tieferes Verständnis des Verhaltens des Immunsystems während der Schwangerschaft und bietet einen vielversprechenden Weg für weitere Fortschritte in diesem wichtigen Bereich.

Die Veröffentlichung des Teams zu dieser Forschung mit dem Titel „Quantitative mechanistic model enthüllt wichtige Determinanten des plazentaren IgG-Transfers und informiert über pränatale Immunisierungsstrategien“ wurde von zur Veröffentlichung angenommen PLOS Computational Biology.