B-Zellen produzieren Antikörper gegen Krankheitserreger. Eine solche Immunreaktion kann auch ausgelöst werden, wenn sie auf Materialien mit einer bestimmten Oberflächenstruktur treffen. Das haben Forschende 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) herausgefunden. Die Ergebnisse erweitern das Verständnis, wie Immunzellen ihre Umgebung wahrnehmen und eröffnen neue Möglichkeiten für Immuntherapien und Biomaterialien. Die Studie wurde vor wenigen Tagen im Fachjournal Advanced Science vorgestellt.
B-Zellen ertasten ihre Umwelt
Wie winzige Wächter des Immunsystems wandern B-Zellen durch den menschlichen Körper. Wenn sie auf fremde Erreger stoßen, wird über biochemische Signale eine Immunreaktion ausgelöst – die B-Zellen beginnen Antikörper zu produzieren. In der medizinischen Zelltherapie können sie auch gezielt aktiviert werden, um ganz bestimmte Antikörper oder andere therapeutische Wirkstoffe zu erzeugen. Außerdem können sie das Immunsystem dabei unterstützen, spezielle Krankheiten wie Krebs oder Autoimmunerkrankungen zu bekämpfen.
Das Berliner Forschungsteam konnte nun zeigen, dass B-Zellen ihre Umgebung nicht nur chemisch wahrnehmen, sondern auch physisch ertasten können. „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 am Standort Teltow und am BIH. „Mit dieser Entdeckung haben wir einen bisher wenig beachteten Kommunikationsweg zwischen Zellen und ihrer Umgebung entschlüsselt.“
Die Forschenden setzten die Zellen auf speziell hergestellte Oberflächen aus anodisiertem Aluminiumoxid. Das ist eine Art zellverträgliche Keramik, die mit einem elektrochemischen Ätzprozess hergestellt wird. Dabei wird hochreine Aluminiumfolie elektrischer Spannung und Säure ausgesetzt, wodurch sie oxidiert und feinste Löcher mit einem Durchmesser von 250 Nanometern auf ihrer Oberfläche entstehen. „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 der Studie und Wissenschaftler an der Humboldt-Universität. So konnte das Team Schritt für Schritt nachvollziehen, wie durch einen mechanischen Reiz eine Immunreaktion entsteht.
Funktionsweise auch bei T-Zellen nachgewiesen
Die B-Zell-Studie knüpft an eine vorangegangene Untersuchung von Forschenden des Hereons, der ETH Zürich, des Inselspitals Bern, der Charité und der Humboldt Universität an, die die Aktivierung von T-Zellen in den Fokus genommen hat. T-Zellen gehören auch zu den Lymphozyten, also den Abwehrzellen des Immunsystems. Sie produzieren jedoch keine Antikörper, sondern bekämpfen Erreger oder entartete Körperzellen direkt. Das deutsch-schweizerische Team, auch unter Leitung von Enrico Klotzsch, wies nach, dass die T-Zellen eine Immunreaktion auslösen, wenn sie mit dem anodisiertem 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“, sagt Enrico Klotzsch.