När T-celler i vårt immunsystem blir aktiva, små dragkrafter på molekylär nivå spelar en viktig roll. De har nu studerats vid TU Wien.

Mycket komplicerade processer äger ständigt rum i vår kropp för att hålla patogener i schack:T-cellerna i vårt immunsystem är upptagna med att söka efter antigener – misstänkta molekyler som passar exakt in i vissa receptorer hos T-cellerna som en nyckel i ett lås. Detta aktiverar T-cellen och immunsystemets försvarsmekanismer sätts igång.

Hur denna process sker på molekylär nivå är ännu inte väl förstått. Vad som nu är klart, dock, är att inte bara kemi spelar en roll i dockningen av antigener till T-cellen; mikromekaniska effekter är också viktiga. Submikrometerstrukturer på cellytan fungerar som mikroskopiska dragfjädrar. Små krafter som uppstår som ett resultat kommer sannolikt att ha stor betydelse för igenkänningen av antigener. På TU Wien, det har nu varit möjligt att observera dessa krafter direkt med hjälp av högt utvecklade mikroskopimetoder.

Detta möjliggjordes av ett samarbete mellan TU Wien, Humbold Universität Berlin, ETH Zürich och MedUni Wien. Resultaten har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nanobokstäver .

Luktar och känner

När det gäller fysiken, våra mänskliga sinnesorgan fungerar på helt olika sätt. Vi kan lukta, d.v.s. upptäcka ämnen kemiskt, och vi kan röra, d.v.s. klassificera föremål efter det mekaniska motståndet de uppvisar för oss. Det är liknande med T-celler:de kan känna igen den specifika strukturen hos vissa molekyler, men de kan också "känna" antigener på ett mekaniskt sätt.

"T-celler har så kallade mikrovilli, som är små strukturer som ser ut som små hårstrån, " säger prof. Gerhard Schütz, chef för biofysikarbetsgruppen vid Institutet för tillämpad fysik vid TU Wien. Som experimenten visade, anmärkningsvärda effekter kan uppstå när dessa mikrovilli kommer i kontakt med ett föremål:mikrovilli kan omsluta föremålet, liknar ett böjt finger som håller i en penna. De kan då till och med förstora, så att det fingerliknande utsprånget så småningom blir en långsträckt cylinder, som vänds över föremålet.

"Små krafter uppstår i processen, i storleksordningen mindre än en nanonewton, säger Gerhard Schütz. En nanonewton motsvarar ungefär den viktkraft som en vattendroppe med en diameter på en tjugondels millimeter skulle utöva.

Kraftmätning i hydrogelen

Att mäta så små krafter är en utmaning. "Vi lyckas med att placera cellen tillsammans med små testkulor i en specialutvecklad gel. Pärlorna bär molekyler på sin yta som T-cellen reagerar på, " förklarar Gerhard Schütz. "Om vi ​​känner till motståndet som vår gel utövar på pärlorna och mäter exakt hur långt pärlorna rör sig i omedelbar närhet av T-cellen, vi kan beräkna kraften som verkar mellan T-cellen och pärlorna."

Dessa små krafter och beteendet hos mikrovilli kommer sannolikt att vara viktiga för att känna igen molekylerna och därmed utlösa ett immunsvar. "Vi vet att biomolekyler som proteiner uppvisar olika beteende när de deformeras av mekaniska krafter eller när bindningar helt enkelt dras, " säger Gerhard Schütz. "Sådana mekanismer kommer sannolikt också att spela en roll i antigenigenkänning, och med våra mätmetoder kan detta nu studeras i detalj för första gången."