Um ihr Ziel, beispielsweise einen Tumor, zu erreichen, müssen Immunzellen den Blutkreislauf oder die Lymphgefäße verlassen und durch das Bindegewebe wandern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Immunzellen durch Gewebe wandern, indem sie ständig ihre Form ändern und sich dadurch durch kleinste Poren und Öffnungen quetschen.
Mit einer neuen Messmethode konnten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) nun feststellen, dass Immunzellen auch Zug auf umliegendes Gewebe ausüben, um sich durch besonders enge Poren zu ziehen. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturphysik.
Um von A nach B zu gelangen, passen Immunzellen nicht nur ihre Form an. Gelegentlich heften sie sich an ihre Umgebung und üben Kräfte auf diese Umgebung aus, um sich vorwärts zu ziehen.
„Diese kontraktilen Phasen helfen Immunzellen, sich durch besonders enge Poren zu bewegen“, erklärt Prof. Dr. Ben Fabry, Inhaber des FAU-Lehrstuhls für Biophysik und Co-Autor der Studie mit dem Titel „Dynamische Zugkraftmessungen wandernder Immunzellen in 3D-Biopolymermatrizen.“
„Immunzellen sind viel schneller und deutlich kleiner als die meisten anderen Zellen im Bindegewebe. Aus diesem Grund ist es uns bisher nicht gelungen, solche Zugkräfte in Immunzellen zu messen. Möglich wurde unsere Entdeckung nur durch neue, wesentlich schnellere und empfindlichere.“ Methoden, die wir in den letzten Jahren in Erlangen entwickelt und kontinuierlich verbessert haben.“
Eine NK92-Zelle wandert durch Kollagen (Hellfeld und konfokale Reflexion). Kredit: Naturphysik (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02632-8
Forschung an der Schnittstelle zur Mechanobiologie
Die neue Messmethode ist die 3D-Zugkraftmikroskopie, eine dreidimensionale Messung der Zugkraft und ihrer Auswirkung auf das Gewebe. Mit dieser Methode können Wissenschaftler sogar die winzigen Kräfte wachsender Nervenzellen sowie die Kräfte größerer Zellstrukturen wie Tumoren messen.
Die Interdisziplinarität des Teams aus Forschern aus den Bereichen Immunologie, Physik, Mechanik und Neurowissenschaften zeigt, dass die Erkenntnisse der 3D-Zugkraftmikroskopie nicht nur für eine isolierte Disziplin relevant sind, sondern von bahnbrechender Bedeutung für alle Wissenschaften mit Bezug zur Mechanobiologie sind .
Prof. Fabry betont: „Unsere Entdeckung, dass Immunzellen für kurze Zeit hohe Kontraktionskräfte erzeugen können, ist nur ein Beispiel dafür, wie diese neue Methode zu grundlegenden Erkenntnissen führen wird. Wir konnten in unserer Studie beispielsweise auch zeigen, dass auch wachsende Nervenzellen, insbesondere solche, die als Wachstumskegel bezeichnet werden, Kontraktionskräfte auf ihre Umgebung ausüben können, was sich als von grundlegender Bedeutung für die Bildung von Nervenbahnen, insbesondere im sich entwickelnden Gehirn, erweisen könnte.
Die Forschungsergebnisse lassen noch keine Vorhersagen für zukünftige Anwendungen zu. Fabry und seine Kollegen glauben jedoch, dass das Wissen über Kontraktionskräfte in Immun-, Nerven- oder Krebszellen dazu beitragen könnte, Medikamente zu entwickeln, die bestimmte Heilungsprozesse fördern oder das Fortschreiten von Krankheiten unterdrücken können.
Inzwischen haben die Wissenschaftler der FAU mit der Arbeit an einer weiteren Studie begonnen, die die genauen molekularen Mechanismen der Wanderung von Immunzellen aufgrund von Zugkräften untersuchen soll.
Weitere Informationen:
David Böhringer et al., Dynamische Traktionskraftmessungen wandernder Immunzellen in 3D-Biopolymermatrizen, Naturphysik (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02632-8