Dortmund, 2. Juli 2026
Für ihre Publikation in Advanced Science zu stabilen Subtypen von Neutrophilen Granulozyten haben Forschende des ISAS und der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen ihre Expertise aus unterschiedlichen Disziplinen gebündelt. Von der ersten Idee, sich vom äußeren Erscheinungsbild der Immunzellen nicht täuschen zu lassen, bis hin zu den analytischen Methoden, mit denen sich ihre molekularen Signaturen – und funktionellen Unterschiede entschlüsseln ließen: Vier der Autor:innen geben Einblicke in ihren wissenschaftlichen Beitrag und die interdisziplinäre Zusammenarbeit hinter der Studie.
Prof. Dr. Matthias Gunzer ist Direktor des Instituts für Experimentelle Immunologie und Bildgebung am Universitätsklinikum Essen. Er ist außerdem Leiter der Abteilung Biospektroskopie und der Arbeitsgruppe Biofluoreszenz am ISAS.
© ISAS / Hannes Woidich
Herr Professor Gunzer, wie sind Sie auf die Idee gekommen, diese Neutrophilen-Subtypen genauer unter die Lupe zu nehmen?
„Ich war tatsächlich verblüfft, bei Menschen sowohl CD177⁺- als auch CD177-Neutrophile zu beobachten und gleichzeitig in Übersichtsartikeln zu lesen, dass die CD177-Zellen lediglich vorübergehende Zustände seien, die bei Aktivierung zu CD177⁺-Zellen würden. Diese Annahme hatte jedoch noch niemand tatsächlich überprüft. Also beschlossen wir, dies zu tun, und stellten dann fest, dass die allgemeine Annahme falsch war. CD177-Zellen produzierten niemals CD177, obwohl sie eindeutig aktiviert waren. Das war der eigentliche Moment der Entdeckung. „Alles andere“ bestand im Wesentlichen darin, gute Ideen zu entwickeln, wie man diese Erkenntnis weiter vertiefen könnte. Und dank Proteomics und Lipidomic konnten wir zum ersten Mal einen massiven Unterschied zwischen beiden Zelltypen feststellen.“
Wie sehen die nächsten Schritte Ihrer Forschung aus, nachdem Sie nun gezeigt haben, dass CD177-negative Neutrophile eine eigenständige, stabile Untergruppe darstellen und dass die anhand von CD177 definierten Neutrophilen-Subgruppen unterschiedliche Funktionen haben – beispielsweise bei Kopf-Hals-Tumoren und Schlaganfällen?
„Da wir in einer parallelen Studie gezeigt haben, dass CD177-Zellen die Genesung nach einem Schlaganfall beeinträchtigen, haben wir nun zwei wichtige Erkrankungen, bei denen die CD177-Zellen problematisch sind. Vielleicht gibt es noch weitere. Gleichzeitig bin ich davon überzeugt, dass es Situationen geben wird, in denen CD177-Zellen von Vorteil sind. Andernfalls wären sie im Laufe der Evolution nicht erhalten geblieben. Daher suchen wir nun aktiv nach solchen Zuständen. Darüber hinaus versuchen wir herauszufinden, ob es spezielle Wirkstoffe gibt, mit denen wir CD177-Neutrophile selektiv modulieren könnten, beispielsweise zur Behandlung von Kopf- und Hals-Krebs im Frühstadium.“
Herr Professor Chen, Sie haben die maßgeschneiderte computergestützte Datenanalyse entwickelt. Könnten Sie bitte erläutern, wie Sie dabei vorgegangen sind und welche Erkenntnisse Ihre Software ans Licht gebracht hat?
„Unsere Biologen waren neugierig, ob sich die CD177+- und CD177--Zellen rein äußerlich in irgendeiner Hinsicht unterschieden. Beim Durchsehen der Bilder und bei der Betrachtung mit bloßem Auge hatten sie den Eindruck gewonnen, dass es keinen signifikanten Unterschied gab. Sie konnten kaum glauben, was sie sahen. Deshalb wandten sie sich an uns, da wir in unserer AMBIOM-Gruppe „Augen und Gehirne“ für Computer entwickeln, um Mikroskop-Aufnahmen verstehen zu können.
Prof. Dr. Jianxu Chen leitet am ISAS die Nachwuchsgruppe AMBIOM – Analysis of Microscopic BIOMedical Images.
© ISAS / Hannes Woidich
Wir entwickelten eine maßgeschneiderte Bildverarbeitungs- und Analyse-Pipeline, die mehrere hundert Mikroskop-Aufnahmen einlas, jede einzelne Zelle segmentierte und anschließend eine umfassende Profilierung des „Aussehens“ von Zellkern und Zelle – basierend auf Morphologie und Texturen – durchführte; schließlich führten wir eine statistische Analyse durch, um zu überprüfen, ob sich die CD177⁺- und CD177--Zellen in irgendeiner Hinsicht in ihrem Erscheinungsbild unterschieden. Letztendlich konnten wir mit Sicherheit bestätigen, dass tatsächlich kein signifikanter Unterschied vorliegt.“
Prof. Dr. Albert Sickmann ist Vorstandsvorsitzender des ISAS und Leiter der Abteilung Bioanalytik sowie der Arbeitsgruppe Proteomics.
© ISAS / Hannes Woidich
Herr Professor Sickmann, welche Erkenntnisse lieferte die Massenspektrometrie-Analyse des Neutrophilen-Proteoms?
„Unsere massenspektrometrische Analyse ergab unerwartete Unterschiede zwischen zwei Typen von Neutrophilen, den CD177⁺- und den CD177⁻-Neutrophilen. Obwohl diese Zellen unter dem Mikroskop gleich aussahen und sich in Standard-Labortests ähnlich verhielten, unterschied sich ihre Proteinzusammensetzung überraschend stark. Insbesondere wiesen CD177⁻-Neutrophile höhere Konzentrationen an Proteinen auf, die häufig mit tumorfördernden Immunreaktionen in Verbindung gebracht werden, während CD177⁺-Neutrophile Proteine zeigten, die mit der Immunaktivierung zusammenhängen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die beiden Typen von Neutrophilen möglicherweise unterschiedliche Rollen im Immunsystem spielen, auch wenn sie auf den ersten Blick fast identisch erscheinen. In Zukunft könnten solche molekularen Unterschiede auch als potenzielle Biomarker für die Neutrophilenfunktion dienen.“
Herr Doktor Alshaar, warum haben Sie das Lipidom der Neutrophilen – also die Gesamtheit aller detektierbaren Lipide in einer Zelle – untersucht? Und welche Rolle spielen Lipide bei der Funktion von Neutrophilen?
„Über die Regulierung von Lipiden in anderen Immunzellen wie Makrophagen wurde bereits berichtet. In den beschriebenen Fällen gehen die Lipidveränderungen mit funktionellen Auswirkungen auf die Immunzellen einher, wie beispielsweise einer erhöhten bzw. verminderten Aktivität der Immunzellen. Da über Neutrophile bislang nur sehr wenig bekannt ist, haben wir uns dazu entschlossen zu untersuchen, ob wir in CD177+- bzw. --Zellen lipidomische Veränderungen beobachten können, die mit dem Phänotyp, also den beobachtbaren Merkmalen der Neutrophilen, übereinstimmen.“
Dr. Belal Alshaar is Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der ISAS-Nachwuchsgruppe Lipidomics.
© ISAS / Hannes Woidich
Mit der integrierten Proteomics- und Lipidomics-Analyse haben Sie im Team als Erste gezeigt, dass sich die molekularen Signaturen der durch CD177 definierten Neutrophilen deutlich voneinander unterscheiden. Ohne zu sehr ins technische Detail zu gehen: Welche Erkenntnisse haben Sie aus Ihren kombinierten Analysen gewonnen und wie sind Sie dabei vorgegangen?
„Wir konnten anhand der Proteomics- und Lipidomics-Daten zeigen, dass CD177-Zellen zur Energiegewinnung in geringerem Maße auf die β-Oxidation zurückgreifen und nicht in der Lage sind, Arachidonsäure-Metaboliten in gleichem Maße wie CD177⁺-Zellen zu produzieren. Dies bedeutet, dass CD177-Zellen nicht so aktiv sein dürften wie CD177⁺-Zellen und Prostaglandine nicht in gleichem Maße nutzen können wie CD177⁺-Zellen. Es ist bekannt, dass Prostaglandine in Neutrophilen Immunreaktionen vermitteln. Dieses molekulare Verhalten steht im Einklang mit dem beobachteten zellulären Phänotyp, zumindest bei den untersuchten Erkrankungen wie Kopf- und Halstumoren und Schlaganfall.“
(Interviews: Sara Rebein)
