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Räumliche Enge dämpft die Aktivität von Immunzellen

Fresszellen müssen sich in gesundem Gewebe ruhig verhalten, sonst drohen Entzündungen. Forschende berichten, dass unter anderem räumliche Enge dafür sorgt. Das liefert auch Inspiration für Implantat-Oberflächen.
Eingezwängt in eine Pore mit nur 20 Mikrometern Durchmesser verhält sich die Fresszelle ruhig. (Elektronenmikroskopische Aufnahme) (Bild: ETH Zürich / Nikhil Jain und Isabel Gerber)

Eingezwängt in eine Pore mit nur 20 Mikrometern Durchmesser verhält sich die Fresszelle ruhig. (Elektronenmikroskopische Aufnahme) (Bild: ETH Zürich / Nikhil Jain und Isabel Gerber)

(sda)

Makrophagen sind weisse Blutzellen, die ihren Dienst als Teil des Immunsystems unter anderem als Fresszelle verrichten: Sie spüren bakterielle Krankheitserreger auf, fressen sie und bringen die Entzündungsreaktion in Gang. Sie zirkulieren allerdings nicht nur im Blut, sondern sitzen auch als Wächter in allen möglichen Geweben und warten dort, bis sie gebraucht werden, erklärte Viola Vogel von der ETH Zürich gemäss einer Mitteilung der Hochschule vom Mittwoch.

Wie Vogel und ihr Postdoktorand Nikhil Jain kürzlich im Fachblatt «Nature Materials» berichteten, sorgt neben Botenstoffen auch räumliche Enge dafür, dass Makrophagen sich in intaktem Gewebe ruhig verhalten. Dies verhindert unnötige Entzündungsreaktionen in intaktem Gewebe. «Erst wo Gewebe geschädigt wird, müssen Makrophagen aktiv werden», so Vogel.

Enge als Wachstumsbremse

Für ihre Studie liessen die Forschenden die Fresszellen in speziellen Kulturschalen wachsen, in denen sie in einzelnen porenähnlichen Vertiefungen eingezwängt waren, wie die ETH schrieb. In Experimenten konnten sie so nachweisen, dass die Aktivität der Makrophagen nicht nur über Botenstoffe, sondern auch mechanisch reguliert wird.

Ausserdem konnten sie den Mechanismus entschlüsseln, wie begrenzter Platz die Makrophagen ruhig hält: Die Aktivität dieser Zellen hängt mit ihrer Grösse zusammen. Fährt die Zelle ihre Aktivität hoch, wächst sie, indem ihr Zellskelett erweitert wird. Dies wiederum setze Faktoren frei, welche die Aktivität der Gene beeinflusse, hiess es in der Mitteilung. Wird die Fresszelle von aussen begrenzt, kann sie jedoch nicht wachsen. Das erklärt, warum sich Makrophagen eingeengt zwischen Gewebezellen ruhig verhalten, selbst wenn aktivierende Botenstoffe vorhanden sind.

Poröse Oberflächen für Implantate

Die neuen Erkenntnisse über die Regulation von Makrophagen haben auch medizinische Relevanz, indem sie das Verständnis über einige Erkrankungen erweitern: «Es gibt eine Reihe von Leiden, die dadurch verursacht werden, dass der Körper Makrophagen ungenügend unter Kontrolle hält und diese Zellen entzündungsfördernde Botenstoffe produzieren», erklärte die Forscherin gemäss der Mitteilung. Dazu zählen Rheuma, Arteriosklerose, Autoimmunerkrankungen, aber auch Krebs.

Ausserdem inspirieren die Studienresultate neue Oberflächeneigenschaften für medizinische Implantate, um Entzündungen zu reduzieren. Man könne zum Beispiel der Frage nachgehen, ob bei Implantaten mit porösen Oberflächen weniger Narbengewebe darum gebildet wird, so Vogel. Dafür gebe es bereits erste Hinweise.

Viele Implantate sind bereits mit porösen Oberflächen versehen, um das Verwachsen mit umliegendem Gewebe oder Knochen sicherzustellen.

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