Onderzoek toont aan hoe immuuncellen ziekteverwekkers vangen

Immuuncellen zijn constant in beweging om ziekteverwekkers te onderscheppen. In de huid zijn dit in het bijzonder zogenaamde dendritische cellen, die zich veel sneller door de cellaag verplaatsen dan andere lichaamscellen. Tot nu toe is nog niet onderzocht hoe de cellen dit precies doen. Biofysici onder leiding van professor Franziska Lautenschläger hebben nu ontdekt hoe de afweercellen bewegen.

Ze hebben hun bevindingen gepubliceerd in het gerenommeerde PNAS-magazine.

Gezamenlijk persbericht van de universiteit van Saarland en INM – Leibniz Institute for New Materials:

Als een inbreker knoeit met het kelderraam en een attente buurman de politie op de hoogte brengt, is het niet bijzonder nuttig als de officieren te voet naar de plaats delict haasten of op de paardenkoets springen om de slechteriken op heterdaad te betrappen. Het is beter als ze met een goed gemotoriseerde patrouillewagen snel naar de inbraaklocatie kunnen rijden om de inbreker ter plaatse te vangen.

Het is vergelijkbaar met de afweer van het lichaam tegen ziekteverwekkers. Hoewel lichaamscellen over het algemeen niet erg snel kunnen bewegen, zijn zogenaamde dendritische cellen in de bovenste huidlagen ongeveer tien tot 15 keer sneller dan hun tegenhangers. De afweercellen patrouilleren door de huidlagen en zijn op zoek naar ziekteverwekkers. Als u iets vindt dat u tijdens het “inbreken” tegenkomt, zullen de cellen naar de dichtstbijzijnde lymfeknoop vliegen, zodat het immuunsysteem met verdere verdedigingsmaatregelen kan beginnen.

Hoe de immuuncellen precies bewegen, is nog niet duidelijk. Deze vraag stond centraal in het wetenschappelijke werk dat de biofysicus Saarbrücken en junior groepsleider van het Leibniz-instituut voor nieuwe materialen Franziska Lautenschläger, samen met theoretische fysici rond Karsten Kruse (Universiteit van Genève), kon beantwoorden in een artikel in het gerenommeerde tijdschrift PNAS.

“Kort gezegd, dendritische cellen bewegen anders dan andere cellen”, legt de professor uit. Mesenchymale motoriek, waarbij cellen over een oppervlak bewegen waarop ze hechten, is goed onderzocht. “Dendritische cellen gebruiken echter de zogenaamde ameboid migratie, die niet veel is onderzocht,” zegt de wetenschapper. De cel klapt eruit als een amoebe op zo’n manier dat hij elke vorm kan aannemen en dus ook in elke denkbare ruimte past. Als u het celweefsel van de huid als een losse bakstenen muur voorstelt, kan de dendritische cel dus door de smalle en onregelmatige ruimtes tussen de afzonderlijke cellen (de bakstenen) glijden en zo indringers detecteren. Vergelijkbaar met een klimmer die zichzelf met zijn handen en voeten tussen twee steile wanden duwt, kan de verdedigingscel zeer snel bewegen.

“De cellen bewegen volgens twee patronen: hetzij recht in lange, gebogen krommen – persistent – of diffuus,” legt Franziska Lautenschläger uit. In eenvoudige bewoordingen betekent dit dat de cel snel grote afstanden kan afleggen, maar niet echt grondig kan zoeken (persistent). Of diffuus door een vrij kleine straal zoekt, maar dit zeer grondig. “Het is alsof je een sleutel op het strand zoekt,” vergelijkt Lautenschläger. “Ik kan alle zandkorrels draaien van de parkeerplaats naar de strandstoel waar ik op 100 meter afstand lag en alles doorzoeken. Het duurt oneindig lang, maar op een gegeven moment zal ik de sleutel veilig vinden. Of ik kan snel terug naar de bank gaan en kijken waar het meest waarschijnlijk is dat ik de sleutel ben kwijtgeraakt, en als deze er niet is, kan ik naar de ijskraam gaan, waar ik bijvoorbeeld een ijsje kreeg, en blijf daar kijken. ”

Een bepaalde mix van beide bewegingen is de ideale combinatie om pathogenen snel en grondig te identificeren. Dus om op het strand te blijven, is er een bepaald percentage cellen dat grondig door het strand graaft in een kleine ruimte, en een ander deel dat snel van A naar B snelt om te zien waar de autosleutel is.

De cellen kunnen zeer snel van het ene type beweging naar het andere schakelen door een specifiek molecuul in de cellen, het eiwit actine, te combineren in een lange keten, een polymeer. Als op een gegeven moment deze actinespiraal lang genoeg is, raakt deze de celwand, draait deze om en geeft de cel een “duw” of impuls in een bepaalde richting. “Hoe sneller deze actinepolymerisatie plaatsvindt, des te waarschijnlijker is het dat de cel persistent zal bewegen, dat wil zeggen vrij snel rechtdoor”, legt Franziska Lautenschläger uit. Als de actinegolven langzamer worden gevormd, beweegt de cel diffuser, d.w.z. op kleine schaal.

De wetenschappers onder leiding van Franziska Lautenschläger uit Saarbrücken konden een microscoop met hoge resolutie gebruiken om experimenteel een theoretisch fysisch model te bevestigen dat de fysicus Karsten Kruse, die onderzoek doet aan de Universiteit van Genève, heeft ontworpen. Voor dit doel observeerde het team van Franziska Lautenschläger een hele dag dendritische cellen en nam elke drie minuten een foto van de cellen. De bewegingspatronen van de cellen en de actinegolven, die de theoretici eerder in het model hadden berekend, waren duidelijk zichtbaar onder de microscoop.

Het onderzoeksteam beantwoordde een andere vraag uit fundamenteel biofysisch onderzoek dat de processen in het menselijk lichaam wil decoderen. Het is nog volledig onduidelijk of deze kennis uiteindelijk van praktisch nut zal zijn. “Maar als we willen begrijpen hoe ziekten werken en ook hoe het immuunsysteem op bepaalde bedreigingen reageert, moeten we dergelijke basisprincipes begrijpen”, vat Franziska Lautenschläger samen.

Wetenschap is hier als politie: je weet nooit of je het echt nodig hebt of niet. De meeste huizen worden niet constant ingebroken. Maar het is goed om te weten dat de politie bestaat en hoe ze te bereiken, zodat ze een inbreker kunnen vangen in geval van een incident.

Bibliografische informatie:
Luiza Stankevicins, Nicolas Ecker, Emmanuel Terriac, Paolo Maiuri, Rouven Schoppmeyer, Pablo Vargas, Ana-Maria Lennon-Duménil, Matthieu Piel, Bin Qu, Markus Hoth, Karsten Kruse, Franziska Lautenschläger: Deterministische actinegolven als generatoren van celpolarisatie-signalen, PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.1907845117