T-Zellen reagieren auf Oberflächenstrukturen

Forschende haben herausgefunden, dass T-Zellen auch auf die Oberflächenstruktur von Materialien reagieren – ganz ohne Chemie. Diese Erkenntnis eröffnet neue Wege für wirksame Krebs- und Immuntherapien und die Implantologie.

T-Zellen haben auf ihrer Oberfläche Mikrovilli, mit denen sie schädliche Erreger wie Bakterien und Viren, fremde Stoffe oder auch veränderte körpereigene Zellen erkennen können. Bei Kontakt werden die Zellen aktiviert und lösen eine Immunreaktion aus. Dieses Prinzip nutzen Medizinerinnen und Mediziner auch für die Behandlung bestimmter Krankheiten, etwa in der Krebstherapie.

Bislang ging man davon aus, dass T-Zellen nur durch biochemische Signale aktiviert werden. Das deutsch-schweizerische Forschungsteam konnte zeigen, dass T-Zellen auch auf die physikalische Beschaffenheit einer Oberfläche reagieren können – also auf die Struktur eines Materials auf mikroskopischer Ebene.

T-Zellen verbinden sich mit winzigen Poren

„Wenn die T-Zellen auf speziell gestaltete Strukturen im Nanometerbereich treffen, also Strukturen, die tausendfach kleiner sind als die Breite eines Haares, passiert etwas Erstaunliches“, sagt Prof. Enrico Klotzsch. Er ist Leiter der Studie und Wissenschaftler am Hereon-Institut für Aktive Polymere am Standort Teltow. „Die Zellen werden aktiviert, obwohl die üblichen biochemischen Aktivierungssignale fehlen“. Die winzigen Poren auf der Oberfläche des fremden Materials wirken wie eine Art physischer Schalter. Durch den Kontakt zwischen den Mikrovilli und den Nanoporen entstehen Verbindungen. Diese lösen Signale in der Zelle und damit eine Immunreaktion ausl.

Für die Studie nutzten die Forschenden anodisiertes Aluminiumoxid. Die zellverträgliche Keramik wird die mit einem elektrochemischen Ätzprozess hergestellt. Dabei wird hochreine Aluminiumfolie elektrischer Spannung und Säure ausgesetzt, wodurch sie oxidiert und feinste Löcher mit einem Durchmesser von 250 Nanometern auf ihrer Oberfläche entstehen. Die Forschenden untersuchten unter dem Mikroskop, wie die T-Zellen mit diesen nanoporösen Oberflächen interagieren. Dafür isolierten sie die Zellen zuvor aus dem Blut von Patientinnen und Patienten.

Form und Struktur eines Materials beeinflussen Aktivierung des Immunsystems

„Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass die Form und Struktur eines Materials die Aktivierung von Immunzellen direkt beeinflussen kann. Damit erweitert die Studie das wissenschaftliche Verständnis darüber, wie Zellen ihre Umwelt wahrnehmen und auf sie reagieren“, sagt Klotzsch. Langfristig könnte dieses Wissen helfen, neue Arten von Biomaterialien zu entwickeln, die das Immunsystem gezielt steuern. Denkbare Anwendungen reichen von wirksameren Krebs-Immuntherapien über die Unterstützung der Geweberegeneration bis hin zu intelligenten Implantaten. „Dies könnte Behandlungen effektiver und gleichzeitig schonender gestalten.“

Seine Studienergebnisse hat das Team um Klotzsch im Fachjournal „ACS Nano“ veröffentlicht. Als Nächstes wollen die Forschenden untersuchen, wie unterschiedliche Nanostrukturen die Reaktion von T-Zellen beeinflussen und welche Auswirkungen dies auf die Immunabwehr hat. Anschließend sollen die Ergebnisse mit T-Zellen von Krebspatientinnen und -patienten überprüft werden, um das Potenzial für medizinische Anwendungen besser einschätzen zu können.