Die Studie zeigt, dass das SARS-CoV-2-Spike-Protein in den schützenden Schichten des Gehirns, den Hirnhäuten, und im Knochenmark des Schädels bis zu vier Jahre nach der Infektion verbleibt. Diese dauerhafte Präsenz des Spike-Proteins könnte bei den Betroffenen chronische Entzündungen auslösen und das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen erhöhen. Das Team unter Leitung von Prof. Ali Ertürk, Direktor des Instituts für Intelligente Biotechnologien bei Helmholtz Munich, stellte zudem fest, dass mRNA-COVID-19-Impfstoffe die Anreicherung des Spike-Proteins im Gehirn deutlich reduzieren. Das nach einer Infektion verbleibende Spike-Protein in Schädel und Hirnhäuten stellt ein neues therapeutisches Ziel dar.

Chronische Entzündungen und Risiko für Hirnschäden durch Spike-Protein

Die Forschenden nutzten eine innovative, KI-gestützte Bildgebungstechnik, die von Prof. Ali Ertürks Team entwickelt wurde. Diese Methode macht Organe und Gewebeproben transparent und ermöglicht eine dreidimensionale Visualisierung von Zellstrukturen, Stoffwechselprodukten und viralen Proteinen. Dadurch konnte erstmals eine Ablagerung des Spike-Proteins in Gewebeproben von COVID-19-Erkrankten und Mäusen festgestellt werden.

Die Ergebnisse zeigen signifikant erhöhte Konzentrationen des Spike-Proteins im Knochenmark des Schädels und in den Hirnhäuten – auch Jahre nach der Infektion. Das Protein bindet an ACE2-Rezeptoren, die in diesen Geweben häufig vorkommen. „Das könnte diese Gewebe besonders anfällig für die langfristige Ansammlung des Spike-Proteins machen“, erläutert Dr. Zhouyi Rong, Erstautor der Publikation.

Prof. Ertürk ergänzt: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass das persistierende Spike-Protein an den Grenzen des Gehirns zu den langfristigen neurologischen Effekten von COVID-19 und Long COVID beitragen könnte. Dazu gehört auch eine beschleunigte Gehirnalterung, die für Betroffene den Verlust von fünf bis zehn Jahren gesunder Gehirnfunktion bedeuten könnte.“

Impfungen reduzieren Spike-Protein-Anreicherung

Das Forschungsteam entdeckte, dass der mRNA-Impfstoff von BioNTech/Pfizer die Anreicherung des Spike-Proteins im Gehirn signifikant reduzieren konnte. Mäuse, die mit dem Impfstoff geimpft wurden, zeigten niedrigere Spike-Protein-Werte sowohl im Gehirngewebe als auch im Knochenmark des Schädels im Vergleich zu ungeimpften Mäusen.

Die Reduktion betrug jedoch nur etwa 50 %, sodass weiterhin ein toxisches Risiko durch das Spike-Protein besteht. „Diese Reduktion ist ein wichtiger Schritt“, betont Prof. Ertürk. „Unsere Ergebnisse basieren auf Mausmodellen und lassen sich nur begrenzt auf Menschen übertragen. Dennoch weisen sie auf die Notwendigkeit zusätzlicher Therapien hin, um langfristige Belastungen durch SARS-CoV-2-Infektionen zu bewältigen.“ Weitere Studien seien nötig, um die Relevanz für Long-COVID-Betroffene zu untersuchen.

Long COVID: Eine gesellschaftliche Herausforderung

Schätzungen zufolge haben sich weltweit 50 bis 60 Prozent der Bevölkerung mit COVID-19 infiziert, wobei fünf bis zehn Prozent an Long COVID leiden. Das entspricht etwa 400 Millionen Menschen, die möglicherweise signifikante Mengen an Spike-Proteinen in sich tragen.

„Das ist nicht nur ein individuelles Gesundheitsproblem – es ist eine gesellschaftliche Herausforderung“, erklärt Prof. Ertürk. „Unsere Studie zeigt, dass mRNA-Impfstoffe das Risiko langfristiger neurologischer Folgen erheblich senken können. Dennoch können auch nach Impfungen Infektionen zu persistierenden Spike-Proteinen führen, die chronische Gehirnentzündungen und ein erhöhtes Risiko für Schlaganfälle und andere Hirnschäden verursachen können.“

Fortschritte in Diagnostik und Therapie

„Unsere Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Diagnose und Behandlung der langfristigen neurologischen Effekte von COVID-19“, sagt Ertürk.

Im Gegensatz zu Gehirngewebe sind das Knochenmark des Schädels und die Hirnhäute leichter zugänglich. Durch die Kombination mit Protein-Panels könnten spezifische Marker wie Spike-Proteine oder Entzündungsindikatoren im Blut oder in der Gehirnflüssigkeit nachgewiesen werden. „Solche Marker sind entscheidend für die frühzeitige Diagnose von COVID-19-bedingten neurologischen Komplikationen“, betont Ertürk.

Darüber hinaus könnte die Charakterisierung dieser Proteine die Entwicklung gezielter Therapien unterstützen, um neurologische Beeinträchtigungen durch COVID-19 zu behandeln oder zu verhindern.

Prof. Ulrike Protzer, leitende Virologin bei Helmholtz Munich, hebt die Bedeutung der Studie hervor: „Angesichts der globalen Auswirkungen von COVID-19 und des Interesses an Langzeitfolgen ist diese Arbeit besonders relevant. Die Ergebnisse liefern nicht nur neue Erkenntnisse über Invasionswege ins Gehirn, sondern haben auch gesellschaftliche Relevanz.“

Originalpublikation:
Rong, Mai, Ebert, Kapoor et al., 2024: Persistence of spike protein at the skull-meninges-brain axis may contribute to the neurological sequelae of COVID-19. Cell Host & Microbe. DOI: 10.1016/j.chom.2024.11.007.

Quelle: Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt