Video zeigt den Von-Willebrand-Faktor in Aktion

Video zeigt den Von-Willebrand-Faktor in Aktion

19.12.17

Von-Willebrand-Syndrom

BOSTON (Biermann) – Was genau passiert bei der Hämostase (=Blutstillung + anschließende Blutgerinnung) auf der Ebene der Moleküle? Wissenschaftler haben erstmals eine Videoaufnahme des für die Blutstillung erforderlichen Von-Willebrand-Faktors (VWF) erstellen können. Wie sie feststellen konnten, streckt er sich in unseren Blutgefäßen aus, um Blutungen zu stoppen.

Als Wachposten überprüfe der VWF den Körper permanent auf Schnitte und Blutergüsse. Um Blutungen ebenso vorzubeugen wie lebensbedrohlichen Blutgerinnseln, muss der VWF ein empfindliches Gleichgewicht zwischen zu viel und zu wenig Gerinnung halten. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass die mechanischen Kräfte und die Scherspannung des Blutflusses eng mit der Funktion des VWF verbunden sein könnten.

„In gewisser Weise könnte der VWF – wie in dem Film ‚Stars Wars‘ – als eine Art Jedi-Ritter in unserem Körper betrachtet werden, der ‚die Kraft‘ einsetzen kann, um den Blutfluss zu bewachen“, sagt Dr. Timothy Springer vom Boston Children’s Hospital und der Harvard Medical School (HMS).

Bislang konnte man aber nicht genau beweisen, wie der VWF diese mechanischen Kräfte „spürt“ und sich zunutze macht. Bostoner Forscher unter Leitung von Springer und Dr. Wesley P. Wong konnten jetzt enthüllen, wie genau der VWF seine Aufgabe erledigt.

Modernste Instrumente für die Fluoreszenz-Bildgebung und Mikrofluidik – von den Forschern selbst entwickelt – ermöglichten es, Bilder einzelner VWF-Moleküle mit der Kamera einzufangen, während sie die Moleküle mit lebensähnlichen, mechanischen Kräften manipulierten, um den natürlichen Blutfluss nachzuahmen.

Die Befunde wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Sie zeigen, dass sich der VWF einer Gestaltwandlung unterzieht, um die Blutgerinnung zu aktivieren. Diese Wandlung wird ausgelöst, wenn der VWF bestimmte Veränderungen im Blutfluss „spürt“, die auf eine Verletzung hinweisen.

Der bislang genaueste Blick auf die Blutgerinnung

„Unter normalen Bedingungen sind VWF-Moleküle kompakt und kugelförmig“, sagt Koautorin Dr. Hongxia Fu. „Aber wir beobachteten, dass sich der VWF, wenn die Rate des Blutflusses zunimmt, schnell ausstreckt und in Reaktion auf eine höhere Scherspannung länger und länger dehnt.“

Das Ausstrecken allein reicht jedoch nicht aus, um die Blutgerinnung zu aktivieren. Um vor unnötigen – und potenziell lebensbedrohlichen – Blutgerinnseln zu schützen, führen die im ausgestreckten VWF erzeugten Zugkräfte nur bei Erreichen kritischer Level dazu, dass die Verwandlung vollständig wird.

Denn die Zugkräfte aktivieren „klebrige” Stellen entlang des VWF, die eine Anhaftung zirkulierender Blutplättchen (Thrombozyten) ermöglichen – jene Zellen, die zusammen mit dem VWF für eine Verklumpung und den Stopp des Blutverlusts sorgen. Werden die Thrombozyten aktiviert, locken sie weitere Thrombozyten an, verengen über die Substanz Thromboxan A2 das Gefäß und ihre sogenannten α-Granula schütten Gerinnungsfaktoren (Faktor V, Faktor VIII), Klebstoffe (VWF, Fibronektin, Thrombospondin) und Wachstumsfaktoren aus.1

Normalerweise kann der Blutandrang, der nötig ist, um diese kritisch hohen Zugkräfte zu erreichen, nur an Verletzungen innerhalb der Blutgefäße auftreten. Diese Spezifität ermöglicht es dem VWF, einen Blutverlust zu spüren und die Thrombozyten schnell und lokal zu aktivieren.

„Wenn Sie sich vorstellen, Ihre Arme auszustrecken und dann Ihre Hände zu öffnen, um Thrombozyten zu fangen – das ist im Wesentlichen das, was wir beim VWF in Reaktion auf Blutungen beobachten“, sagt Wong. „Es ist sehr wichtig, dass dieser Prozess nur dann und dort auftritt, wenn er gebraucht wird – dieser 2-stufige Aktivierungsprozess macht dies möglich.“

Zu enthüllen, wie der VWF auf Veränderungen im Fluss des hoch dynamischen Blutstroms reagiert, ist ein wichtiger Schritt, um das Zusammenspiel zwischen mechanischer Kraft und Biologie bei Gerinnungserkrankungen zu verstehen und neue Therapeutika entwickeln zu können.

„Dieses Experiment stellt wirklich eine neue Plattform dar, um zu beobachten und zu messen, was im Blut auf molekularer Ebene passiert”, sagt Wong. „Durch den Einsatz neuartiger mikrofluidischer Techniken sind wir endlich in der Lage, verblüffende Bilder einzufangen, die das Geheimnis der Kräfte enthüllen, mit denen die Natur in unseren Körpern am Werk ist.“

Publikation: Nature Communications 8, Article number: 324 (2017) doi: 10.1038/s41467-017-00230-2
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00230-2

Das Video war zu sehen unter https://vector.childrenshospital.org/2017/08/shapeshifter-bloodclotting-visually-captued/

Quelle: Boston Children’s Hospital, 23.08.2017; https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-08/bch-tr082317.php

1. Rainer Klinke, Hans-Christian Pape, Stefan Silbernagl (Hrsg.): Lehrbuch der Physiologie. 5. Auflage. Thieme, Stuttgart 2005, ISBN 3-13-796003-7; Seite 246/247