Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums Hereon, der Humboldt-Universität zu Berlin, des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) untersuchte bestimmte Immunzellen. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für Immuntherapien und Biomaterialien.
B-Zellen ertasten die Umwelt
Wie winzige Wächter des Immunsystems wandern B-Zellen durch den menschlichen Körper. Stoßen sie auf fremde Erreger, wird über biochemische Signale eine Immunreaktion ausgelöst – die B-Zellen beginnen mit der Antikörperproduktion. In der medizinischen Zelltherapie können sie gezielt aktiviert werden, um bestimmte Antikörper oder andere therapeutische Wirkstoffe zu erzeugen. Außerdem helfen sie dem Immunsystem, spezielle Krankheiten wie Krebs oder Autoimmunerkrankungen zu bekämpfen. B-Zellen nehmen ihre Umgebung nicht nur chemisch wahr, sondern auch physisch ertastend. „Sie reagieren auf mechanische Reize, ähnlich wie eine Person, die nicht nur hört, sondern auch fühlt“, erklärt Prof. Enrico Klotzsch, Studienleiter und Wissenschaftler am Hereon-Institut für Aktive Polymere. „Mit dieser Entdeckung haben wir einen bisher wenig beachteten Kommunikationsweg zwischen Zellen und ihrer Umgebung entschlüsselt.“
Zellfühler dringen in Nanoporen ein
Die Forscherinnen und Forscher setzten die Zellen auf speziell hergestellte Oberflächen aus anodisiertem Aluminiumoxid. Diese zellverträgliche Keramik wird mit einem elektrochemischen Ätzprozess hergestellt. Dabei wird die hochreine Aluminiumfolie elektrischer Spannung und Säure ausgesetzt, sie oxidiert und es entstehen feinste Löcher mit einem Durchmesser von 250 Nanometern auf der Oberfläche. „Unter dem Mikroskop konnten wir beobachten, wie die kleinen Zellfühler in diese Nanoporen eindrangen. Zusätzlich haben wir gemessen, welche Signale im Inneren der Zellen ausgelöst wurden“, sagt Dr. Nozie D. Aghaizu, Erstautor und Wissenschaftler an der Humboldt-Universität. So konnte das Team Schritt für Schritt nachvollziehen, wie durch einen mechanischen Reiz eine Immunreaktion entsteht.
Ähnliche Funktion bei T-Zellen
Die B-Zell-Studie knüpft an eine frühere Untersuchung der Aktivierung von T-Zellen an. T-Zellen sind auch Lymphozyten. Als Abwehrzellen des Immunsystems produzieren sie keine Antikörper, sondern bekämpfen Erreger oder entartete Körperzellen direkt. Ein deutsch-schweizerisches Team wies nach, dass die T-Zellen eine Immunreaktion auslösen, wenn sie mit dem anodisierten Aluminiumoxid in Kontakt kommen. „Wir haben in beiden Studien das gleiche Material als Plattform für die Zellen verwendet. Im Vergleich ist zu sehen, dass die Aktivierung von B-Zellen schwächer ausfällt und teilweise über andere Signalwege läuft als bei T-Zellen. Besonders wichtig scheinen bei B-Zellen Moleküle zu sein, die auf mechanische Kräfte reagieren“, so Klotzsch.
Neue Ansätze für medizinische Behandlungen
Die Erkenntnisse aus beiden Studien erweitern das Verständnis darüber, wie Immunzellen ihre Umwelt wahrnehmen und auf welche Reize sie reagieren. Sie eröffnen neue Perspektiven für medizinische Behandlungen. Statt chemischer Medikamente könnten künftig Materialien eingesetzt werden, die gezielt mit dem Immunsystem kommunizieren, etwa im Einsatz in Implantaten oder in der Krebstherapie. Demnächst wollen die Wissenschaftler untersuchen, welche Materialien und Oberflächenstrukturen besonders wirksam sind und welche Folgen die Aktivierung langfristig für die Abwehrzellen hat. „Unser Ziel ist es, die Sprache zwischen Materialien und Zellen besser zu verstehen und nutzbar zu machen“, sagt Klotzsch.
Quelle: Hereon
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