Atemnot, Müdigkeit und Kopfschmerzen: Manche Patient*innen kämpfen nach einer Infektion mit dem Coronavirus Sars-CoV- 2 noch ein halbes Jahr und länger mit Langzeitfolgen der Erkrankung. Dieses Post-COVID-19-Syndrom, kurz Long COVID, ist noch immer nicht richtig verstanden. Klar ist, dass im Zuge einer Erkrankung oft die Blutzirkulation beeinträchtigt ist, es zu gefährlichen Gefäßverschlüssen kommen kann und der Sauerstofftransport im Blut nur eingeschränkt funktioniert. Alles Phänomene, bei denen die Blutzellen und ihre physikalischen Eigenschaften eine Schlüsselrolle spielen.

Daher hat ein Team um Markéta Kubánková, Jochen Guck und Martin Kräter vom Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sowie dem Deutschen Zentrum für Immuntherapie die mechanischen Zustände von roten und weißen Blutkörperchen untersucht. Dabei haben sie deutliche und langanhaltende Veränderungen der Zellen messen können – während einer akuten Infektion und auch noch danach. Das habe Folgen für Diagnose und Behandlung von COVID-19.

Um die Blutzellen zu analysieren, nutzen sie ein selbst entwickeltes Verfahren namens Echtzeit-Verformungszytometrie (real-time deformability cytometry, RT-DC). Bei dieser Methode schicken die Forscher*innen die Blutzellen durch einen engen Kanal. Dabei werden die Leukozyten und Erythrozyten gestreckt. Eine Hochgeschwindigkeitskamera fotografiert jede einzelne von ihnen durch ein Mikroskop. Eine Software ermittelt, um welche Zelltypen es sich handelt, wie groß und wie stark verformt sie sind. Bis zu 1000 Blutkörperchen lassen sich so pro Sekunde analysieren.

Ein Frühwarnsystem für Pandemien durch unbekannte Viren

Auf diese Weise hat das Team mehr als vier Millionen Blutzellen von 17 akut an COVID-19 erkrankten Patient*innen, von 14 Genesenen und 24 Gesunden als Vergleichsgruppe untersucht. Dabei zeigte sich, dass beispielsweise die Größe und Verformbarkeit der roten Blutkörperchen von Erkrankten stärker schwankte als die von Gesunden. Das deutet auf eine Schädigung dieser Zellen hin und könnte das erhöhte Risiko von Gefäßverschlüssen und Embolien der Lunge erklären. Zudem kann dadurch die Sauerstoffversorgung, die zu den Hauptaufgaben der Erythrozyten zählt, bei Infizierten beeinträchtigt sein. Lymphozyten  waren bei Corona-Patienten wiederum deutlich weicher, was auf eine starke Immunreaktion hinweisen kann. Ähnliche Beobachtungen machten die Forscher*innen auch bei Neutrophilen Granulozyten, einer weiteren Gruppe weißer Blutkörperchen der angeborenen Immunabwehr. Diese Zellen blieben sieben Monate nach der akuten Infektion drastisch verändert. Sie vermuten, dass sich das Zellskelett der Immunzellen, welches maßgeblich für die Zellfunktion verantwortlich ist, verändert hat.

Quellen

Max Planck Gesellschaft und
Max-Planck-Zentrums für Physik und Medizin in Erlangen

Originalpublikation

Markéta Kubánková, Bettina Hohberger, Jakob Hoffmanns, Julia Fürst, Martin Herrmann, Jochen Guck, Martin Kräter
Physical phenotype of blood cells is altered in COVID-19. Biophysical Journal, 2021, ISSN 0006-3495, doi.org/10.1016/j.bpj.2021.05.025