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Kraftmessung mittels Hydrogel

Die mechanischen Kräfte einer einzelnen Zelle zu messen, stellte bislang eine große Herausforderung dar, die nun mit einer an der HU Berlin entwickelten Plattform gelöst wurde

Neue Kraft-Mikroskopie-Methoden erlauben es, die
mechanische Wechselwirkung zwischen T-Zellen und kleinen
Partikeln zu messen.  

Das Labor von Prof. Enrico Klotzsch der Humboldt-Universität zu Berlin hat zusammen mit einem internationalen Team von Forschern eine Plattform entwickelt, mit der Größe und Richtung der lokal von den T-Zell Fingern ausgeübten Kräfte quantifiziert werden können.

Dieser sogenannte mechano-biologische Prozess der T-Zelle, ihre Umgebung wahrzunehmen, spielt eine entscheidende Rolle für das Immunsystem, bei dem T-Zellen als Ersthelfer die Aufgabe haben, zwischen pathogenen Eindringlingen und körpereigenen Zellen zu unterscheiden. Während dieses Antigen Erkennungsprozesses erforschen und untersuchen T-Zellen ihre Umgebung über sogenannten Mikrovilli. Diese können als kleine Finger verstanden werden, welche lokal an der Oberfläche der Antigen-präsentierenden Zelle Druck ausüben oder daran ziehen. Dieses Ziehen und Drücken, so wird derzeit angenommen, kann den Antigen Erkennungsprozess beeinflussen oder sogar ermöglichen.

Diese Plattform ist aus speziell entworfene Hydrogelen aufgebaut, die mit kleinen Mess-Kügelchen ausgestattet werden. Diese werden dann mit Proteinen bestückt, sodass die T-Zellen sie erkennen können. Aus dem Widerstand des Gels auf die Kügelchen und der gemessenen Bewegung, kann man dann direkt ausrechnen, welche Kräfte von der Zelle auf die Kügelchen ausgeübt werden. Die Veröffentlichung zeigt, dass die T-Zellen während der Antigen-Erkennung Kräfte ausüben, die dem tausendfachen ihrer eigenen Gewichtskraft entspricht. Das ist in etwa genauso, als wenn ein erwachsener Mensch mit zehn Elefanten auf dem Arm durch die Stadt geht. Die Plattform wird eine breite Anwendung auf andere mechano-biologische Mechanismen ermöglichen und dazu beitragen, bessere Therapien zu entwickeln und damit für das Wohlbefinden von Patienten bei adoptiven Immuntherapien zu sorgen.

Publikation

Functionalized bead assay to measure 3-dimensional traction forces during T-cell activation, Nano Letters doi: 10.1021/acs.nanolett.0c03964

Link zur Studie

Kontakt

Prof. Dr. Enrico Klotzsch
Experimentelle Biophysik/Mechanobiologie
Institut für Biologie, Humboldt-Universität zu Berlin

Tel.: +49 30 2093 8948
enrico.klotzsch@hu-berlin.de

 

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