Wanneer T-cellen van ons immuunsysteem actief worden, kleine trekkrachten op moleculair niveau spelen een belangrijke rol. Die zijn nu onderzocht aan de TU Wien.

In ons lichaam vinden voortdurend zeer gecompliceerde processen plaats om ziekteverwekkers onder controle te houden:de T-cellen van ons immuunsysteem zijn druk bezig met het zoeken naar antigenen - verdachte moleculen die precies in bepaalde receptoren van de T-cellen passen als een sleutel in een slot. Hierdoor wordt de T-cel geactiveerd en worden de afweermechanismen van het immuunsysteem in gang gezet.

Hoe dit proces op moleculair niveau plaatsvindt, is nog niet goed begrepen. Wat is nu duidelijk, echter, is dat niet alleen chemie een rol speelt bij het koppelen van antigenen aan de T-cel; micromechanische effecten zijn ook belangrijk. Submicrometerstructuren op het celoppervlak werken als microscopisch kleine trekveren. Kleine krachten die hierdoor optreden zijn waarschijnlijk van groot belang voor de herkenning van antigenen. Aan de TU Wenen, het is nu mogelijk om deze krachten direct te observeren met behulp van hoogontwikkelde microscopiemethoden.

Dit werd mogelijk gemaakt door een samenwerking tussen TU Wien, Humbold Universität Berlijn, ETH Zürich en MedUni Wenen. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .

Ruiken en voelen

Wat de natuurkunde betreft, onze menselijke zintuigen werken op totaal verschillende manieren. Wij kunnen ruiken, d.w.z. stoffen chemisch detecteren, en we kunnen aanraken, d.w.z. objecten classificeren op basis van de mechanische weerstand die ze ons bieden. Het is vergelijkbaar met T-cellen:ze kunnen de specifieke structuur van bepaalde moleculen herkennen, maar ze kunnen ook op een mechanische manier antigenen 'voelen'.

"T-cellen hebben zogenaamde microvilli, dat zijn kleine structuren die eruitzien als kleine haartjes, " zegt prof. Gerhard Schütz, hoofd van de werkgroep biofysica van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde aan de TU Wien. Zoals uit de experimenten bleek, opmerkelijke effecten kunnen optreden wanneer deze microvilli in contact komen met een object:de microvilli kunnen het object omvatten, vergelijkbaar met een gebogen vinger die een potlood vasthoudt. Ze kunnen dan zelfs groter worden, zodat het vingerachtige uitsteeksel uiteindelijk een langwerpige cilinder wordt, die over het object wordt gedraaid.

"Kleine krachten treden op in het proces, in de orde van minder dan een nanonewton, ", zegt Gerhard Schütz. Eén nanonewton komt ongeveer overeen met de gewichtskracht die een waterdruppel met een diameter van een twintigste van een millimeter zou uitoefenen.

Krachtmeting in de hydrogel

Het meten van zulke kleine krachten is een uitdaging. "Het lukt ons door de cel samen met kleine testbolletjes in een speciaal ontwikkelde gel te plaatsen. De bolletjes dragen moleculen op hun oppervlak waarop de T-cel reageert, " legt Gerhard Schütz uit. "Als we de weerstand kennen die onze gel op de korrels uitoefent en precies meten hoe ver de korrels bewegen in de directe omgeving van de T-cel, we kunnen de kracht berekenen die tussen de T-cel en de kralen werkt."

Deze kleine krachten en het gedrag van de microvilli zijn waarschijnlijk belangrijk bij het herkennen van de moleculen en dus het opwekken van een immuunrespons. "We weten dat biomoleculen zoals eiwitten ander gedrag vertonen wanneer ze worden vervormd door mechanische krachten of wanneer bindingen eenvoudig worden getrokken, ", zegt Gerhard Schütz. "Dergelijke mechanismen spelen waarschijnlijk ook een rol bij antigeenherkenning, en met onze meetmethoden kan dit nu voor het eerst in detail worden bestudeerd."