Die Sprache der T-Zellen

Forscher wissen bereits seit langem, dass die so genannten T-Zellen eine wichtige Rolle bei der menschlichen Immunabwehr spielen. Unklar ist allerdings noch, wie genau diese Zellen Signale von Angreifern empfangen und an diese schicken.

Eine der fundamentalen Fragen dabei ist die Anzahl und Form der Rezeptoren auf der Oberfläche der T-Zellen, über die die Immunabwehr kontrolliert wird. Würde man diese Zellsprache verstehen, ließen sich beispielsweise bessere Heilmittel für Auto-Immun-Krankheiten herstellen, bei denen das Immunsystem die fehlerhafte Botschaft aussendet, sich selbst anzugreifen -- Allergien und rheumatische Arthritis gehören zu diesen Krankheitsbildern.

Ein neues Experiment, dessen Ablauf in der vergangenen Woche im Wissenschaftsjournal "Science" publiziert wurde, beschäftigt sich mit der Antwort auf diese Fragen. Jay Groves und Kollegen an der University of California in Berkeley entwickelten eine künstliche Membran, die Proteine enthält, die an bestimmten Stellen verengt sind. Sobald sich die Rezeptoren einer T-Zelle an die Proteine der künstlichen Membran binden, werden sie in deren spezifische geometrische Form gezwungen. Die Muster lassen sich so genauer untersuchen.

Unter normalen physiologischen Bedingungen wandern die Rezeptoren an der Oberfläche einer T-Zelle zur Verbindungsstelle mit einer infizierten Zelle. Bislang glaubten die Forscher, dass eine hohe Anzahl von Rezeptoren eine starke T-Zellen-Aktivierung hervorrufe. Mit der künstlichen Membran von Grove, die die Wanderung der T-Zellen-Rezeptoren verhinderte, wurde nun jedoch klar, dass es um die Position der Rezeptoren geht: Sie kontrolliert die Immunabwehr.

"Die räumlichen Gegebenheiten sind wesentlich wichtiger als die Anzahl der Rezeptoren", sagt Groves. "Es ist ein bisschen so, als würde man einen Satz lesen: Man muss die Anordnung der Buchstaben verfolgen, um die Wortbedeutung zu verstehen. Es reicht nicht, einfach die Anzahl jedes Buchstabens zu zählen."

Die Berkeley-Forscher nutzten die Elektronenstrahllithographie, um ihre künstliche Membran herzustellen. Dabei werden Chrommuster in Nanogröße auf ein Quarzsubstrat aufgebracht, das dann mit Membranlipiden und Proteinen beschichtet wurde. Obwohl sich Proteine normalerweise frei durch eine Lipidmembran bewegen können, werden sie hier durch die Chrommuster zurückgehalten; sie dienen als Barrieren.

Experten halten das Groves-Experiment für ein gutes Beispiel, wie sehr die Nanotechnologie beim Studium zellularer Prozesse helfen kann. "Diese Studie ist ein wunderbares, rares und frühes Exempel dafür, wie sich Mikromuster-Technologien und Zellbiologie verbinden lassen, um interessante biologische Fragen zu beantworten", meint Arup K. Chakraborty, ein theoretischer Immunologe am MIT.

Die Technologie könnte auch zur Entwicklung zellbasierter Wirkstofftests führen, um festzustellen, welche Medikamenten-Bestandteile tatsächlich den Immun-Zell-Signalweg triggern. Zellen an der künstlichen Membran könnten verschiedenen Wirkstoffen ausgesetzt werden, um anschließend zu studieren, ob es zu einer vermehrten T-Zellen-Clusterbildung kommt. "Wenn wir die Nachrichtenübermittlung der Zellen erst einmal verstehen, können wir lernen, wie wir sie mit Wirkstoffen kontrollieren können", meint Groves.

Seine Ergebnisse könnten auch zu neuen Behandlungsmethoden für Auto-Immun-Krankheiten führen, bei denen das Immunsystem körpereigene Proteine angreift. "Wirksame Behandlungsformen für Auto-Immun-Krankheiten wie die rheumatische Arthritis lähmen die Immunantwort, machen die Patienten aber anfällig für andere Infektionen", sagt Michael Dustin, ein Immunologe am Skirball Institute of Biomolecular Medicine an der New York University, der mit Groves zusammengearbeitet hat. "Man könnte genauere Partikelmuster verwenden, um die Behandlung zu verbessern. Allerdings muss man dazu erst die Immun-Sprache kennen."

Sobald die Forscher im Experiment festgestellt haben, welche Signale mit bestimmten Mustern einhergehen, ließen sich womöglich passende Partikel erstellen, die ein bestimmtes Rezeptorenmuster besitzen, mit dem die Immunantwort der T-Zellen ausgeschaltet würde, meint Dustin. Ist das Muster erst einmal so genau spezifiziert, dass es nur in bestimmten Organen (beispielsweise dem Gehirn bei M.S.-Kranken oder den Gelenken bei Arthritis-Patienten) funktioniert, würde das Immunsystem in anderen Regionen des Körpers weiterhin ganz normal arbeiten.

Die neue Technik kennt auch noch ganz andere Anwendungsformen, die nichts mit dem Immunsystem zu tun haben und ein wenig "out there" sind. "Wenn man künstliche Oberflächen erschaffen würde, die mit Zellen auf hohem Niveau kommunizieren können, könnte man Nanowerkzeuge bauen, die den Zellen mitteilen, was sie tun sollen", sagt Groves. "Zellen könnten plötzlich Energie herstellen oder chemische Prozesse vornehmen. Das wäre eine ganz große Sache."

Von Emily Singer; Übersetzung: Ben Schwan. (wst)