Immunzellen sind ständig unterwegs, um Krankheitserreger zu entdecken und abzufangen. In der Haut sind dies insbesondere so genannte dendritische Zellen, die sich viel schneller als andere Körperzellen durch die Zellschichten bewegen. Wie sie dies genau bewerkstelligen, haben ForscherInnen aus Deutschland nun entschlüsselt.
Während sich Körperzellen in der Regel nicht sonderlich schnell fortbewegen können, sind dendritische Zellen in den oberen Hautschichten etwa um das 10- bis 15-fache schneller als ihre Artgenossen. Die Abwehrzellen patrouillieren durch die Hautschichten und sind dabei auf der Suche nach Krankheitserregern. Finden sie solche, die sie quasi auf frischer Tat bei einem "Einbruchsversuch“ ertappen, flitzen die Zellen damit zum nächstliegenden Lymphknoten und "melden" den Vorfall, sodass das Immunsystem mit weiteren Abwehrmaßnahmen beginnen kann. Wie sich die Abwehrzellen dabei jedoch genau fortbewegen, war bislang ungeklärt.
"Grundsätzlich bewegen sich dendritische Zellen anders als andere Zellen“, erläuterte die Saarbrücker Biophysikerin und Nachwuchsgruppenleiterin des Leibniz-Instituts für Neue Materialien Professorin Franziska Lautenschläger. Gut erforscht ist die so genannte mesenchymale Fortbewegung, bei der sich Zellen über eine Oberfläche bewegen, auf der sie anhaften.
"Dendritische Zellen nutzen aber die sogenannte amöboide Migration, die wenig erforscht ist“, so die Wissenschaftlerin weiter. Dabei stülpt sich die Zelle wie eine Amöbe derart 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 unregelmäßigen Zwischenräume der einzelnen Zellen hindurchschlüpfen und so Eindringlinge aufspüren. Ähnlich einem Kletterer, der sich zwischen zwei Steilwänden mit Händen und Füßen abdrückt, kann sich die Abwehrzelle so sehr schnell bewegen.
"Dabei bewegen sich die Zellen nach zwei Mustern: Entweder recht geradlinig in langen, gebogenen Kurven – persistent – oder diffus", erklärte Franziska Lautenschläger. Vereinfacht bedeutet dies, dass die Zelle entweder große Distanzen recht schnell überwinden, dabei aber nicht wirklich gründlich suchen kann (persistent). Oder sie sucht diffus nur einen recht kleinen Radius durch, diesen aber sehr gründlich.
Dabei können die Zellen sehr schnell von einer in die andere Bewegungsart umschalten, indem sie ein bestimmtes Molekül in den Zellen, das Protein Aktin, zu einer langen Kette, einem Polymer, zusammenschließen. Ist diese Aktin-Spirale irgendwann lang genug, stößt sie an die Zellwand, stülpt diese aus und gibt der Zelle damit einen "Schubs" oder Impuls in eine bestimmte Richtung.
"Je schneller diese Polymerisation von Aktin dabei vonstatten geht, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich die Zelle persistent, also eher schnell geradeaus, fortbewegt“, so Franziska Lautenschläger zu ihren Beobachtungen. Bilden sich die Aktin-Wellen langsamer, bewegt sich die Zelle eher diffus, also kleinräumig.
Die WissenschaftlerInnen konnten unter einem hochauflösenden Mikroskop im Experiment damit ein theoretisches physikalisches Modell bestätigen, das ursprünglich der Physiker Karsten Kruse entworfen hatte, der an der Universität Genf forscht. Franziska Lautenschlägers Team hat dafür dendritische Zellen jeweils über 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.
Das Forscherteam hat damit eine weitere Frage aus der biophysikalischen Grundlagenforschung beantwortet, die die Prozesse im menschlichen Körper entschlüsseln möchte. Ob diese Erkenntnis irgendwann einen praktischen Nutzen entfalten wird, ist noch völlig unklar. "Aber wenn wir verstehen wollen, wie Krankheiten funktionieren und auch, wie das Immunsystem auf bestimmte Bedrohungen reagiert, müssen wir solche Grundlagen verstehen“, resümierte Prof. Lautenschläger.