Liquor Mikroskopie: Untersuchung von Plexus Zellen und Immunzellen im Nervenwasser

Die Untersuchung des Nervenwassers (Liquor cerebrospinalis) ist ein wichtiges diagnostisches Verfahren in der neurologischen Medizin. Sie dient der Erkennung von akuten und chronischen Entzündungen des Zentralnervensystems (ZNS), wie beispielsweise Meningitis, Enzephalitis, Myelitis, Multipler Sklerose (MS) oder Neuroborreliose. Auch Blutungen und Tumorzellen lassen sich durch eine Liquoranalyse nachweisen. Eine reine makroskopische Beurteilung hinsichtlich Farbe und Transparenz ist NICHT ausreichend, um eine Veränderung des Liquors auszuschließen!

Bedeutung der Liquoranalyse

Wer mit dem Gedanken spielt, Liquorentnahmen in seiner Praxis oder Klinik durchführen zu lassen, sollte zuvor die Möglichkeiten der Liquoranalyse überdenken, denn eine zeitnahe Analyse innerhalb von 30-60 (-90) Minuten muss gewährleistet sein. Da Liquor als Ultrafiltrat aus Blut sehr protein- und nährstoffarm ist, ist das Milieu sehr zellunfreundlich, was dazu führt, dass die enthaltenen Zellen nicht lange stabil sind. Daher muss eine schnelle Basisanalyse vor Ort gewährleistet sein.

Die Analyse des Liquors stellt ein wichtiges diagnostisches Standardverfahren in der Neurologischen Medizin dar. Diese ist notwendig für die Diagnose von akut entzündlichen Erkrankungen (z.B. Meningitis, Enzephalitis, Myelitis) als auch von chronisch entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie z.B. der Multiplen Sklerose oder Neuroborreliose. Darüber hinaus lassen sich mit der Untersuchung von Liquor Blutungen und Tumorzellen nachweisen. Die Bearbeitung des Liquors im eigenen Labor bietet ein hohes Maß an Qualität und daraus resultierend optimale Ergebnisse. Der Liquor wird innerhalb kurzer Zeit verarbeitet. Mittels Zytozentrifuge werden die Zellpräparate angefertigt. Sowohl Albumin als auch die Immunglobuline G, A und M werden mittels der Nephelometrischen Messung im selben Lauf bestimmt. Die Isoelektrofokussierung ermöglicht eine Fokussierung der Proteine gemäß ihrem isoelektrischen Punkt, so dass sehr scharfe Banden entstehen. Für den Nachweis von antineuronalen Antikörpern werden bei dieser Methode Kleinhirnschnitte vom Affen verwendet. Nach Auftragen von Serum oder Liquor auf die Schnitte erfolgt eine immunhistochemische Färbung (Einsatz von Sekundärantikörpern gegen humanes IgG, Peroxidase-Reaktion). Die Methode hat gegenüber dem Immunoblot den Vorteil, dass sie weniger aufwendig ist. Ein weiterer Vorteil ist der Einsatz als „Screening“, da im Imunoblot nur bekannte Antikörper untersucht werden können. Der Immunblot kann primär als auch als Bestätigungstest nach erfolgter immunhistochemischer Methode angewendet werden. Das ist notwendig, da mit Kleinhirnschnitten allein sich nicht immer eindeutig ein Antikörper zuordnen lässt. Die immunhistochemische Färbung von Gewebeschnitten kann durch einen systemischen Antikörper (z.B. ANA) ein Färbemuster vortäuschen, dass einem Antineuronalen Antikörper ähnelt. Einsatz eines BIOCHIP-Mosaiks mit transfizierten Zellen der Firma EUROIMMUN. Zum Nachweis von bestimmten Autoimmun-Antikörpern können transfizierte Zellen eingesetzt werden, die das Antigen exprimieren, gegen den der zu untersuchende Antikörper binden und mittels Immunfluoreszenz nachgewiesen werden kann.

Immunzellen im Nervenwasser: Neue Erkenntnisse aus Göttingen

Wissenschaftler der Universitätsmedizin Göttingen haben neue Erkenntnisse in der Grundlagenforschung über Immunzellen im Nervenwasser gewonnen. Die Entdeckung ist für das Verständnis der Funktion des Nervenwassers im gesunden Nervensystem und bei neurologischen Erkrankungen, vor allem der Multiplen Sklerose, von Bedeutung.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Instituts für Neuroimmunologie und des Instituts für Multiple Sklerose Forschung (IMSF) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) hat jetzt neue Erkenntnisse über die Immunfunktion des Nervenwassers gewonnen. Mittels Echtzeitmikroskopie konnten die Forscher die Bewegung von Immunzellen filmen. Sie entdeckten: Immunzellen pendeln rege zwischen Nervenwasser und Gehirngewebe. Als Schaltstelle für diesen Verkehr wirken die weichen Hirnhäute, die das Gehirngewebe umgeben. Fresszellen in den Hirnhäuten ermöglichen den Immunzellen den Eintritt in das Nervengewebe und geben die Richtung der Immunzellwanderung vor. Die Forschungsarbeit eröffnet neue Einblicke in die Wanderung und Funktion von Immunzellen im Nervenwasser. Die Erkenntnisse könnten vor allem für diagnostische oder therapeutische Aspekte bei der Multiplen Sklerose, einer Autoimmunerkrankung des Zentralnervensystems, von Bedeutung sein.

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Die Rolle der Hirnhaut

Die Forscher fanden heraus, dass die Hirnhaut, die direkt auf der Oberfläche des Nervengewebes liegt, eine entscheidende Schaltstelle für die Wanderung von T-Zellen ist. T-Zellen auf dem Weg in das ZNS verlassen die Blutbahn aus Gefäßen dieser Hirnhaut und kriechen daraufhin in das umliegende Gewebe. Dieses Milieu ist sehr speziell und im Körper einmalig. Die Gefäße sind in der Hirnhaut eingebettet und von zahlreichen faserigen Bindegewebsstrukturen umschnürt, die wie in einem Klettergerüst verspannt sind. Dieses bindegewebige Netz ist zusätzlich von Zellen durchsetzt. Der Liquor fließt über und durch dieses Faser-Zellgeflecht. Die Forscher entdeckten, dass T-Zellen, die direkt an der Expositionsfläche zum Liquor entlangkriechen, regelrecht in den Liquor abgewaschen werden. „Offensichtlich entscheidet sich also in der Hirnhaut, ob die T-Zellen in das angrenzende Nervengewebe eindringen können oder in den Liquor abgeschwemmt werden“, sagt Dr. Henrike Körner, eine Erst-Autorin der Publikation und Mitarbeiterin des Instituts für Neuroimmunologie und des IMSF der UMG.

Frühere Studien gingen davon aus, dass Immunzellen vor allem an der Produktionsstätte des Liquors, dem Plexus choroideus, in den Liquorraum übertreten. Die Göttinger Wissenschaftler fanden im Hirnhautgewebe spezialisierte Fresszellen, die T-Zellen Signale für die Aktivierung und für die Anheftung liefern können. T-Zellen suchen Fresszellen systematisch nach diesen Signalen ab. Bleiben die Signale aus, laufen die T-Zellen Gefahr, in den Liquor abgeschwemmt zu werden. Bekommen sie dagegen die nötigen Aktivierungs- oder Klebesignale, haften sie an der Oberfläche fest und können in das Nervengewebe eindringen, wo sie den zerstörerischen Entzündungsprozess starten.

Bedeutung der abgeschwemmten T-Zellen

Die Göttinger Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Zellen im Liquor vollständig funktionstüchtig bleiben, d.h. sie verlieren ihre krankmachende Wirkung nicht. „Diese Befunde könnten daher für eine diagnostische Untersuchung des Liquors bei MS-Patienten von Bedeutung sein: Wenn man etwas über die Eigenschaften pathogener T-Zellen bei der MS erfahren will, sollte man die T-Zellen aus dem Liquor untersuchen“, sagt Dr. Francesca Odoardi, Ko-Senior-Autorin der Publikation und Gruppenleiterin am Institut für Neuroimmunologie der UMG.

T-Zellen können zwischen Liquor und dem angrenzenden Hirnhautgewebe hin- und herpendeln. Stabil kleben bleiben die Zellen vor allem, wenn sie auf Fresszellen treffen, die besonders hohe Mengen an „Klebematerial“ produzieren. Dies ist z.B. bei einer Entzündung des Hirngewebes der Fall oder wenn Fresszellen Aktivierungssignale für T-Zellen liefern.

Der Liquor als "Abstellkammer" für Immunzellen

Die Beobachtungen des Göttinger Forscherteams zeigen neue Facetten der Immunfunktion des Nervenwassers (Liquor) auf. Im Liquor landen vor allem T-Zellen, die die Hirnhäute vergeblich auf Anwesenheit ihres spezifischen Eiweißes oder von Entzündung abgesucht haben. Der Liquor stellt daher für T-Zellen eine Art Abstellkammer dar. Er sorgt dafür, dass potenziell gefährliche Eindringlinge vom empfindlichen Nervengewebe ferngehalten werden. „Allerdings können sich zirkulierende Zellen bei Bedarf jederzeit wieder an die Hirnhaut anheften und in das Nervengewebe eindringen. Eine genauere Aussage über die Zellen und deren Funktion im Liquor könnte daher sowohl diagnostisch als auch therapeutisch genutzt werden“, sagt Prof. Dr.

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Liquor cerebrospinalis: Schutz und Transport im Zentralnervensystem

Das Zentralnervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, ist vor möglichen Schädigungen aus der Außenwelt sehr gut geschützt. Dafür sorgen Knochen (Schädel, Wirbelsäule), faserig/zelluläre Hüllen (Hirnhäute, Meningen) und ein Flüssigkeitsmantel, das Nervenwasser (Liquor cerebrospinalis, kurz Liquor). Der Liquor wird mehrmals täglich komplett ausgetauscht, d.h. er wird ständig neu gebildet und an anderer Stelle abgesaugt. Dies führt dazu, dass der Liquor zirkuliert. Anders als Blut oder Lymphe fließt Liquor nicht in spezialisierten Gefäßen. Er verteilt sich auf der gesamten Oberfläche des ZNS, genauer in den Hüllstrukturen, den Hirnhäuten. Diese „Zirkulation“ kann Stoffe oder Zellen zum Nervengewebe hin oder davon wegtransportieren. In der medizinischen Diagnostik spielt die Liquoruntersuchung eine wichtige Rolle, weil sich dessen Zusammensetzung bei Erkrankungen des Nervensystems charakteristisch ändern kann.

Liquorzytologie: Zellen und ihre Bedeutung

Physiologischer LCS ist klar (wie Wasser), farblos und enthält kaum Zellen. Die Zellen sind Lymphozyten und (selten) auch Monozyten. Die Hauptfunktion des LCS besteht in der Polsterung des Gehirns und des Rückenmarks.

Entzündungen des Gehirngewebes oder der Hirnhäute verändern die LCS-Zusammensetzung: Die Zellzahl nimmt zu, die Eiweißkonzentration steigt an, der Zucker im LCS sinkt ab, Laktat steigt an. Neben einer Zunahme der Zellzahl kann sich durch pathologische Prozesse auch die Zusammensetzung des Zellkompartiments verändern. So kommt es bei bakteriellen Hirnhautentzündungen zu einer massiven Invasion von neutrophilen Granulozyten in den LCS-raum, während sie physiologischerweise dort nicht anzutreffen sind. Hingegen wandern bei viral verursachten Entzündungsprozessen bevorzugt Lymphozyten in den LCS-raum.

Zelltypen im Liquor und ihre Bedeutung

• Granulozytäre: (über 50 % der Leukozyten sind polymorphkernige Granulozyten).
• Lymphozytäre: (über 85 % der Leukozyten sind Lymphozyten).
• Gemischtzellige: (Granulozyten, Lymphozyten, Monozyten zu etwa gleichen Teilen).
• Mononukleär: (Mono- und Lymphozyten). Vorkommen bei meningealer Reizung unterschiedlicher Ursache.
• Sonstige Zellen: aktivierte Lymphozyten, aktivierte Monozyten, Makrophagen (Erythrophagen, Haemosiderophagen; Leuko- und Lipophagen). Atypische Zellen. Zellen des Deckepithels (Ependym- und Plexus-Zellen) oder Knochenmark- und Knorpel-Zellen.

Plexus choroideus: Produktion des Liquors und Tumoren

Der Plexus choroideus des Gehirns, welcher in die Ventrikel hineinragt, besteht aus spezialisierten Ependymzellen, Blutgefäßen und Stroma und ist mitverantwortlich für die Produktion des Liquors.

Tumoren des Plexus choroideus entstehen, wenn sich im Gehirn spezialisierte Epithelzellen unkontrolliert vermehren, die den „Liquor“ produzieren, die Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umspült. Die Tumoren sind sehr selten, gehören aber bei Kleinkindern unter einem Jahr zu den häufigsten Neubildungen des Zentralnervensystems. Tumoren des Plexus choroideus lassen sich einteilen in die eher gutartigen Plexuspapillome und die bösartigen Plexuskarzinome. Die Übergänge sind fließend. Plexuspapillome haben sehr gute Heilungsaussichten, die Plexuskarzinome dagegen eine ungünstige Prognose.

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Forschung zu Plexus choroideus Tumoren

Mit einer Forschungsgruppe hat die Zellbiologin nun erstmals die Ergebnisse einer umfassenden Untersuchung dieser Tumoren vorgelegt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihres Teams hatten zunächst die Genaktivität in Plexustumoren und gesundem Gewebe dieser Gehirnstruktur verglichen. Dabei fanden sie in den Tumoren besonders viele Abweichungen bei Komponenten des so genannten Wnt/β-Catenin-Signalwegs. Diese zentrale Kommunikationsverbindung zwischen den Zellen ist für viele Vorgänge bei der Embryonalentwicklung wichtig, zum Beispiel für die Bildung von Organanlagen. Die Färbung von Gewebeproben von Tumoren des Plexus choroideus bestätigte, dass Wnt in den Krebszellen dauerhaft aktiviert ist. Die Forschenden zeigten, dass Zellen aus Plexustumoren für ihr Überleben und Wachstum von der Wnt-Aktivität abhängig sind. Wird die Wnt-Aktivität der Plexus-Zellen angekurbelt, so reicht dies aus, dass sie tumortypische Eigenschaften entwickeln.

Liquor-Serum-Quotienten und Reiber-Diagramm

Für Albumin, IgG, IgA und IgM werden Liquor-und Serumprobe bestimmt, um eine Auswertung in den Quotientendiagrammen zu ermöglichen. Die Änderung der Blut-Liquor-Schrankenfunktion wird altersabhängig ausgewertet. Die Quotientendiagramme mit hyperbolischen Funktionen nach Reiber (J Neurol Sci 1994;122:189-203) erlauben eine quantitative Auswertung der intrathekalen Immunglobulinsynthese. Die qualitative Analyse der intrathekalen Immunglobulinsynthese erfolgt mittels isoelektrischer Fokussierung und Immundetektion. Der Befund positiver oligoklonaler Banden liegt vor bei Nachweis von oligoklonalen Banden Typ II und III (nach internationalem Konsens). Eine einzelne Bande wird nicht als oligoklonales IgG bezeichnet.

Das Liquor-Serum-Quotientendiagramm (Reiber-Diagramm) ist ein quantitatives Verfahren, um auf einen Blick Informationen über die individuelle Schrankenfunktion eines Patienten zusammen mit dem intrathekalen Immunglobulinmuster zu erhalten.

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