Immune cells are constantly on the move to intercept pathogens. In the skin, these are especially so-called dendritic cells, which move through the cell layers much faster than other body cells. How the cells do this exactly has not been investigated so far. Biophysicists led by Professor Franziska Lautenschl\u00e4ger have now discovered how the movement of the defence cells works.<\/p>\n
They have published their findings in the renowned scientific journal PNAS.<\/p>\n
Gemeinsame Pressemitteilung der Universit\u00e4t des Saarlandes und des INM \u2013 Leibniz-Institut f\u00fcr Neue Materialien<\/em><\/p>\n Wenn sich ein Einbrecher am Kellerfenster zu schaffen macht und ein aufmerksamer Nachbar die Polizei verst\u00e4ndigt, ist es nicht sonderlich hilfreich, wenn die Beamten zu Fu\u00df an den Tatort eilen oder auf die Pferdekutsche springen, um die b\u00f6sen Jungs auf frischer Tat zu erwischen. Besser ist es, wenn sie mit einem gut motorisierten Streifenwagen schnell zum Einbruchsort fahren k\u00f6nnen, um den Einbrecher noch vor Ort einzufangen.<\/p>\n So \u00e4hnlich ist es auch bei der k\u00f6rpereigenen Abwehr von Krankheitserregern. W\u00e4hrend sich K\u00f6rperzellen in der Regel nicht sonderlich schnell fortbewegen k\u00f6nnen, sind so genannte dendritische Zellen in den oberen Hautschichten etwa um das Zehn- bis 15-fache schneller als ihre Artgenossen. Die Abwehrzellen patrouillieren durch die Hautschichten und sind dabei auf der Suche nach Krankheitserregern. Finden sie welche, die sie quasi auf frischer Tat beim \u201eEinbruchsversuch\u201c ertappen, flitzen die Zellen damit zum n\u00e4chstliegenden Lymphknoten, so dass das Immunsystem mit weiteren Abwehrma\u00dfnahmen beginnen kann. \u201eGrunds\u00e4tzlich bewegen sich dendritische Zellen anders als andere Zellen\u201c, erl\u00e4utert die Professorin. Gut erforscht ist die so genannte mesenchymale Fortbewegung, bei der sich Zellen \u00fcber eine Oberfl\u00e4che bewegen, auf der sie anhaften. \u201eDendritische Zellen nutzen aber die so genannte am\u00f6boide Migration, die wenig erforscht ist\u201c, so die Wissenschaftlerin. Dabei st\u00fclpt sich die Zelle wie eine Am\u00f6be so aus, dass sie jede beliebige Form annehmen kann und so auch in jeden denkbaren Zwischenraum passt. Stellt man sich das Zellgewebe der Haut als lose Ziegelsteinmauer vor, kann die dendritische Zelle dadurch also durch die schmalen und unregelm\u00e4\u00dfigen Zwischenr\u00e4ume der einzelnen Zellen (der Ziegelsteine) hindurchschl\u00fcpfen und so Eindringlinge aufsp\u00fcren. \u00c4hnlich wie ein Kletterer, der sich zwischen zwei Steilw\u00e4nden mit H\u00e4nden und F\u00fc\u00dfen abdr\u00fcckt, kann sich die Abwehrzelle so sehr schnell bewegen.<\/p>\n \u201eDabei bewegen sich die Zellen nach zwei Mustern: Entweder recht geradlinig in langen, gebogenen Kurven \u2013 persistent \u2013 oder diffus\u201c, erkl\u00e4rt Franziska Lautenschl\u00e4ger. Vereinfacht bedeutet dies, dass die Zelle entweder gro\u00dfe Distanzen recht schnell \u00fcberwinden, dabei aber nicht wirklich gr\u00fcndlich suchen kann (persistent). Oder sie sucht diffus nur einen recht kleinen Radius durch, diesen aber sehr gr\u00fcndlich. \u201eDas ist \u00e4hnlich, wie einen Schl\u00fcssel am Strand zu suchen\u201c, vergleicht Lautenschl\u00e4ger. \u201eIch kann entweder vom Parkplatz bis zu meiner 100 Meter entfernten Strandliege, auf der ich gelegen habe, jedes Sandkorn umdrehen und alles durchsuchen. Das dauert unendlich lange, aber irgendwann finde ich den Schl\u00fcssel sicher. Oder ich gehe erst einmal schnell zur\u00fcck zur Liege und schaue dort nach, wo es am wahrscheinlichsten ist, dass ich den Schl\u00fcssel verloren habe, und wenn er da nicht liegt, gehe ich weiter zum Beispiel zum Eisstand, wo ich mir ein Eis geholt habe, und suche dort weiter.\u201c Dabei k\u00f6nnen die Zellen sehr schnell von einer in die andere Bewegungsart umschalten, indem sie ein bestimmtes Molek\u00fcl in den Zellen, das Protein Aktin, zu einer langen Kette, einem Polymer, zusammenschlie\u00dfen. Ist diese Aktin-Spirale irgendwann lang genug, st\u00f6\u00dft sie an die Zellwand, st\u00fclpt diese aus und gibt der Zelle damit einen \u201eSchubs\u201c oder Impuls in eine bestimmte Richtung. \u201eJe schneller diese Polymerisation von Aktin dabei vonstatten geht, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich die Zelle persistent, also eher schnell geradeaus, fortbewegt\u201c, erkl\u00e4rt Franziska Lautenschl\u00e4ger die Beobachtungen. Bilden sich die Aktin-Wellen langsamer, bewegt sich die Zelle eher diffus, also kleinr\u00e4umig.<\/p>\n Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Franziska Lautenschl\u00e4ger aus Saarbr\u00fccken konnten unter einem hochaufl\u00f6senden Mikroskop im Experiment damit ein theoretisches physikalisches Modell best\u00e4tigen, das der Physiker Karsten Kruse entworfen hat, der an der Universit\u00e4t Genf forscht. Franziska Lautenschl\u00e4gers Team hat daf\u00fcr dendritische Zellen jeweils \u00fcber einen ganzen Tag lang beobachtet und alle drei Minuten ein Bild der Zellen gemacht. Unter dem Mikroskop waren die Bewegungsmuster der Zellen und die Aktin-Wellen gut zu erkennen, die die Theoretiker im Modell zuvor errechnet hatten. Mit der Wissenschaft ist es hier wie mit der Polizei: Man wei\u00df nie, ob man sie tats\u00e4chlich braucht oder nicht. In die meisten H\u00e4user wird ja auch nicht st\u00e4ndig eingebrochen. Aber es ist gut zu wissen, dass es die Polizei gibt und wie man sie erreichen kann, damit sie einen Einbrecher im Falle des Falles dingfest machen kann.<\/p>\n
\nWie sich die Abwehrzellen aber genau fortbewegen, war bislang nicht gekl\u00e4rt. Diese Frage stand im Zentrum der wissenschaftlichen Arbeit, die die Saarbr\u00fccker Biophysikerin und Nachwuchsgruppenleiterin des Leibniz-Instituts f\u00fcr Neue Materialien Franziska Lautenschl\u00e4ger nun gemeinsam mit theoretischen Physikern um Karsten Kruse (Universit\u00e4t Genf), in einem Artikel im renommierten Fachjournal PNAS beantworten konnte.<\/p>\n
\nEin bestimmter Mix aus beiden Bewegungen stellt dabei die ideale Kombination dar, um schnell und gr\u00fcndlich Krankheitserreger aufzusp\u00fcren. Es gibt also, um im Strand-Bild zu bleiben, einen gewissen Anteil an Zellen, die den Strand gr\u00fcndlich auf kleinem Raum durchgraben, und einen weiteren Teil, der schnell von A nach B eilt, um nachzuschauen, wo der Autoschl\u00fcssel liegt.<\/p>\n
\nDas Forscherteam hat damit eine weitere Frage aus der biophysikalischen Grundlagenforschung beantwortet, die die Prozesse im menschlichen K\u00f6rper entschl\u00fcsseln m\u00f6chte. Ob diese Erkenntnis irgendwann einen praktischen Nutzen entfalten wird, ist noch v\u00f6llig unklar. \u201eAber wenn wir verstehen wollen, wie Krankheiten funktionieren und auch, wie das Immunsystem auf bestimmte Bedrohungen reagiert, m\u00fcssen wir solche Grundlagen verstehen\u201c, res\u00fcmiert Franziska Lautenschl\u00e4ger.<\/p>\n