p. rühle - PTKA - KIT
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AP9 des GREWIS-Projekts:<br />
Bestimmung des spezifischen Immunstatus<br />
nach Strahlenexposition<br />
1. Projektstatusgespräch zur BMBF-geförderten<br />
Nuklearen Sicherheitsforschung<br />
Paul Rühle, M. Sc. (Biologie)<br />
AG Strahlenimmunbiologie<br />
Leiter: PD Dr. Udo Gaipl<br />
Strahlenklinik des<br />
Universitätsklinikums Erlangen<br />
Direktor: Prof. Dr. R. Fietkau
Foto 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ed/Erlangen_Universit%C3%A4tsstra%C3%9Fe_27_001.JPG<br />
Foto 2: http://www.strahlenklinik.uk-erlangen.de/e1585/e2307/Prof_Fietkau_02_screenmittel.jpg<br />
Strahlenklinik des Universitätsklinikum Erlangen<br />
Direktor: Prof. Dr. med. Rainer Fietkau<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
eigenes Foto<br />
Arbeitsgruppe Strahlenimmunbiologie<br />
Leiter:<br />
PD Dr. Udo S. Gaipl<br />
Mitantragsteller:<br />
Dr. Benjamin Frey<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Rolle des Arbeitspaket 9 im GREWIS-Projekt<br />
• AP9: PD Dr. Gaipl & Dr. Frey (Strahlenimmunbiologie, UK Erlangen)<br />
• Modulation der Entzündung und immunlogischer Gefahrensignale durch Strahlung<br />
• humanes System (Paul Rühle, M.Sc. (Biologie))<br />
• Bestimmung des immunologischen Status von Patienten vor, während und nach<br />
Therapie mit niedrigdosierter Röntgen- oder Radon-Strahlung<br />
• Verteilung der Immunzellen und deren Aktivierungszustand<br />
• immunmodulierende Gefahrensignale im Serum<br />
• (später: funktionelle Analyse von aus Patientenblut isolierten Zellen)<br />
• murines System (Lisa Deloch, M.Sc. (Biologie))<br />
• Analyse des Verlaufs von Polyarthritis in hTNFα-transgenen Mäusen nach<br />
Behandlung mit Röntgen- und Radon-Strahlung<br />
• Analyse von inflammatorischem Gewebe, Osteoklasten-Infiltrationen und der<br />
Zerstörung von Knorpelgewebe<br />
• Analyse immunmodulierender Gefahrensignale im Serum der Mäuse<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Niedrige Strahlendosen in der Therapie<br />
• niedrige Dosen (LD-RT) in der Therapie von Patienten<br />
• langanhaltende Verbesserung bis Beschwerdefreiheit beschrieben für chronisch<br />
degenerative, schmerzhafte Erkrankungen<br />
• seit 1897 Erfolge mit Röntgenstrahlen<br />
• seit Jahrhunderten bereits positive Wirkung heilender Quellen bekannt<br />
• um 1900 wurde Radon in diesen Quellen gefunden<br />
• Wirkungsweisen aber noch weitgehend unbekannt<br />
• mehrere Patienten-Studien zeigten Verbesserung bis hin zur Beschwerdefreiheit<br />
• verschiedene in-vitro Experimente einzelne Aufklärungen auf Zellebene<br />
• Erste explorative Studie zur Untersuchung der direkten Strahlungswirkung auf<br />
Immunzellen<br />
• Anhaltspunkte welche Immunzellen durch LD-RT beeinflusst werden<br />
• Ableitung von Parametern (Biomarker)<br />
• mögliche Übertragung der Ergebnisse auf Überwachung oder Untersuchung von<br />
Personen strahlenexponierter Berufsgruppen und Einwohner belasteter Gebiete<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Bild 1: http://www.becksche.de/mediafactory/bilder/beckMedienmanagement/Maennchen_beckKlassikSatz_freigestellt.jpg<br />
Explorative Studien zur Untersuchung der direkten<br />
Strahlungswirkung auf Immunzellen<br />
gesunde Spender<br />
Radon behandelte<br />
Patienten<br />
Röntgenstrahlen<br />
behandelte Patienten<br />
“Vergleichsgruppe”<br />
Bad Steben<br />
(Kooperation mit Dr. G. Klein)<br />
ca. 100 Patienten mit muskuloskelettalen<br />
Beschwerden nach Radonbehandlung<br />
gestartet am 22.02.2013<br />
Bad Gastein<br />
(Kooperation mit Dr. A. Moder)<br />
Strahlenklinik Erlangen<br />
(Kooperation mit Dr. O. Ott)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Bild 1: http://www.presentermedia.com/files/clipart/00005000/5172/nurse_taking_blood_ca_md_wm.jpg<br />
Bild 2+3: http://www.imupro300.ro/media/DE_090511/blut-01.jpg<br />
Explorative Studien zur Untersuchung der direkten<br />
Strahlungswirkung auf Immunzellen<br />
‣ Entnahme Vollblut<br />
‣ Entnahme Serum<br />
donor<br />
‣ codierte Weitergabe<br />
‣ verblindete Untersuchung der<br />
Proben<br />
Vollblut<br />
Serum<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Bild 1: http://www.presentermedia.com/files/clipart/00005000/5172/nurse_taking_blood_ca_md_wm.jpg<br />
Bild 2+3: http://www.imupro300.ro/media/DE_090511/blut-01.jpg<br />
Untersuchungen in Bad Stebener Radon-Studie<br />
‣ RADON-Studie in Bad Steben:<br />
donor<br />
‣ Blutentnahme an 5 Zeitpunkten:<br />
direkt vor Therapie (VU)<br />
‣ direkt nach Therapie (1.NU)<br />
‣ 2 Monate n. Therapie (2.NU)<br />
‣ 4 Monate n. Therapie (3.NU)<br />
‣ 6 Monate n. Therapie (4.NU)<br />
‣ direkte Messung der Wirkungen<br />
der Therapie auf das Immunsystem<br />
(im Verlauf)<br />
Vollblut<br />
Serum<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Untersuchungen in Bad Stebener Radon-Studie<br />
1. Immunphänotypisierung<br />
der Leukozyten<br />
2. ausgeschüttete<br />
Botenstoffe im Serum<br />
3. mRNA-Transkripte<br />
aus Leukozyten<br />
4. Telomeraseaktivität<br />
in Leukozyten<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
Was ist eine Immunphänotypisierung?<br />
• Bestimmung der Zusammensetzung der Immunzellen und deren Zustand über<br />
Untersuchung der Oberflächenstruktur<br />
• ermöglicht Charakterisierung des Aktivierungszustandes des Immunsystems<br />
• Monitoring des Therapieerfolges (Rückgang der Entzündung)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
T-Zelle<br />
B-Zelle<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Foto 1: https://www.beckmancoulter.com/ucm/idc/groups/public/documents/webasset/glb_bci_003979.jpg<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
„Gallios Flow Cytometer“ (Beckman Coulter)<br />
Analyse spezifischer Signale<br />
mittels Durchflusszytometrie<br />
T-Zellen<br />
B-Zellen<br />
NK-Zellen<br />
Monozyten<br />
Granulozyten<br />
Dendritische Zellen<br />
Stammzellen<br />
30-32 Subpopulationen<br />
zusätzlich verschiedene<br />
Aktivierungsmarker<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut -<br />
Unterscheidung verschiedener Zelltypen<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut -<br />
Unterscheidung verschiedener Zelltypen<br />
T-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD3)<br />
B-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD19)<br />
T-Zelle<br />
B-Zelle<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut -<br />
Unterscheidung verschiedener Subtypen<br />
CD4 Co-Rezeptor<br />
T-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD3)<br />
T-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD3)<br />
T-Zelle<br />
T-Helfer-Zelle<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut -<br />
Unterscheidung verschiedener Aktivierungsstadien<br />
Aktivierungsmarker<br />
T-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD3)<br />
Aktivierungsmarker<br />
T-Zell-Co-Rezeptor<br />
(CD3)<br />
„normale“ T-Zelle<br />
„aktivierte“ T-Zelle<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Laser<br />
Blue Laser: 488nm<br />
Red Laser: 638nm Violet Laser: 405nm<br />
Channel FL1<br />
FL2 FL3 FL4<br />
FL5 FL6 FL8 FL9 FL10<br />
Filter 525/40 575/30 620/30 695/30 755LP 660/20 755LP 450/50 550/40<br />
P Fluorochrome FITC A488 PE PI PCC5.5 PECy5 PECy7 APC APCH7 V450 VioBlue KO<br />
01 Morphology all Cells<br />
02 Viability all Cells PI<br />
03 T-Cell Populations CD8<br />
04 T Helper Cells<br />
CD197<br />
(CCR7)<br />
CD196<br />
(CCR6)<br />
CD4 CD45RA CD38 CD3 HLA-DR<br />
CD4<br />
CD183<br />
(CXCR3)<br />
CD3<br />
05 T-Cell TCR-types TCRγ/δ TCRα/β CD3<br />
06 B-Cell Populations CD19 CD24 CD38 CD27<br />
07 T+B Cell Activation CD19 CD86 CD69<br />
CD152<br />
(CTLA-4)<br />
CD80<br />
CD3<br />
08 NK-Cells I CD56 CD69<br />
CD314<br />
(NKG2D)<br />
CD16<br />
CD3<br />
09 NK-Cells II<br />
CD159c<br />
(NKG2C)<br />
CD94<br />
CD56<br />
CD159a<br />
(NKG2A)<br />
CD16<br />
CD3<br />
10 Monocytes I CD14 CD16 CD69 CD11b HLA-DR<br />
11 Monocytes II CD14 CD16 CD86 CD80<br />
12 Granulocytes CD66 CD32 CD16<br />
13 Stem Cells 133/1 PI CD45RO CD34<br />
14 Tregs (Kit) CD4 CD127 PI CD25 CD45<br />
CD303<br />
CD1c<br />
CD14<br />
CD141<br />
15 DCs (Kit)<br />
PI<br />
1. Projektstatusgespräch, (BDCA-2) Karlsruhe, 07. März (BDCA-1) 2013 CD19 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (BDCA-3)<br />
(Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
Granulozyten (GR)<br />
Granularität<br />
Monozyten (Mo)<br />
Lymphozyten (PBL)<br />
Größe<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
1. Immunphänotypisierung im peripheren Blut<br />
Granularität<br />
Granularität<br />
CD196<br />
Größe<br />
CD4<br />
CD183<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
2. Zytokine im Serum:<br />
Botenstoffe zur Kommunikation zwischen Zellen<br />
pro- & antientzündliche<br />
Botenstoffe<br />
sezerniert von<br />
Leukozyten<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
2. Zytokine im Serum:<br />
Botenstoffe zur Kommunikation zwischen Zellen<br />
pro- & antientzündliche<br />
Botenstoffe<br />
Detektion mit<br />
spezifischen<br />
Antiköpern<br />
(ELISA)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
2. Zytokine im Serum:<br />
Botenstoffe zur Kommunikation zwischen Zellen<br />
pro- & antientzündliche<br />
Botenstoffe<br />
Veränderung<br />
während der<br />
Therapie<br />
Detektion mit<br />
spezifischen<br />
Antiköpern<br />
(ELISA)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
3. Analyse mRNA-Transkripte aus Leukozyten<br />
• Proteinbiosynthese:<br />
DNA<br />
mRNA<br />
Protein<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
3. Analyse mRNA aus Leukozyten<br />
• Proteinbiosynthese:<br />
DNA<br />
mRNA<br />
Protein<br />
Detektion Oberflächenproteine (1.) und Zytokine (2.)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Grafiken sind Bestandteile von Servier Medical Art,<br />
© Les Laboratoires Servier – all rights reserved<br />
3. Analyse mRNA aus Leukozyten<br />
• Proteinbiosynthese:<br />
DNA<br />
mRNA<br />
Protein<br />
Detektion auf mRNA-Ebene (3.)<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Bild 1: http://info.spectracell.com/Portals/81015/images/spectraCell_telomere1-resized-600.jpg<br />
4. Telomerase-Aktivität in Leukozyten<br />
Telomer:<br />
• Chromosomen-Endstück<br />
• besteht aus nichtcodierter<br />
DNA<br />
• Schutz der Erbinformationen<br />
(DNA)<br />
• Verkürzung bei jeder<br />
Zellteilung<br />
• zu kurze Telomere<br />
verhindern Zellteilung<br />
• Verlängerung durch<br />
Telomerasen<br />
Telomerasen haben Einfluss auf Teilung und<br />
Alterung der Zelle<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Wissenschaftliche Bedeutung der<br />
immunphänotypischen Bestimmung<br />
• Erste umfangreiche Immunphänotypische Bestimmung im Blut des Menschen<br />
nach Strahlenexposition<br />
• Beobachtung von Veränderung und Aktivierungszustand des Immunsystems durch<br />
Typisierung von Leukozyten<br />
• Analyse der ausgeschütteten Botenstoffe<br />
• Aufnahme der Transkriptionsaktivität (mRNA)<br />
• Untersuchung der Telomeraseaktivität<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Wissenschaftliche Bedeutung der<br />
immunphänotypischen Bestimmung<br />
• Erste umfangreiche Immunphänotypische Bestimmung im Blut des Menschen<br />
nach Strahlenexposition<br />
• Beobachtung von Veränderung und Aktivierungszustand des Immunsystems durch<br />
Typisierung von Leukozyten<br />
• Analyse der ausgeschütteten Botenstoffe<br />
• Aufnahme der Transkriptionsaktivität (mRNA)<br />
• Untersuchung der Telomeraseaktivität<br />
• Vergleich verschiedener Therapiezeitpunkte ermöglicht die Beobachtung des<br />
Therapieerfolges für jeden Patienten<br />
• Erkennen von Zusammenhängen und Erstellen von Mustern<br />
• Ableiten von Wirkungsmechanismen und Biomarkern von niedrigdosierter Strahlung<br />
auf das Immunsystem<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Wissenschaftliche Bedeutung der<br />
immunphänotypischen Bestimmung<br />
• Kooperationspartner erlauben zusätzliche Untersuchung möglicher Schädigung<br />
an Erbgut durch niedrige ionisierende Strahlung<br />
• Abschätzung Gefahren solcher Therapien und natürlicher Hintergrundstrahlung<br />
• Bestimmung Reparaturmechanismen der Zellen<br />
• Beitrag zur Aufklärung der anti-entzündlichen und schmerzlindernden<br />
Wirkmechanismen niedrigdosierter Strahlung<br />
• Übertragung der Ergebnisse auf Überwachung und Untersuchung von<br />
Personen strahlenexponierter Berufsgruppen und Einwohnern von Gebieten<br />
erhöhter Hintergrundstrahlung<br />
• mögliche Ableitung von Biomarkern<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />
Gibt es<br />
Fragen?<br />
AG Strahlenimmunbiologie<br />
Leiter: PD Dr. U. Gaipl<br />
Strahlenklinik Erlangen<br />
Leiter: Prof. Dr. R. Fietkau<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
Kontakt<br />
PD Dr. rer. nat. Udo S. Gaipl<br />
Leiter der Arbeitsgruppe Strahlenimmunbiologie<br />
Tel.: 09131 / 85-44258<br />
E-Mail: udo.gaipl@uk-erlangen.de<br />
Paul Rühle, M.Sc. (Biologie)<br />
Tel.: 09131 / 85-32311<br />
E-Mail: paul.ruehle@uk-erlangen.de<br />
Anschrift Strahlenklinik<br />
AG Gaipl<br />
Universitätsstraße 27<br />
D-91054 Erlangen<br />
http://www.strahlenklinik.uk-erlangen.de/<br />
1. Projektstatusgespräch, Karlsruhe, 07. März 2013 Paul Rühle, AG Strahlenimmunbiologie (Leiter: PD Dr. U. Gaipl)
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