Zellen kommen schnell voran

Acht Nachwuchswissenschaftler erhielten diese Woche hoch dotierte START-Preise: Einer davon lässt weiße Blutkörperchen über Klerttergerüste krabbeln. Dabei wird gemessen, welche Kräfte bei der Zellwanderung aktiv sind.

Zellen kommen schnell voran
Zellen kommen schnell voran
Symbolbild Leukozyten – (c) APA (Kompetenzzentrum Medizin Tirol/K)

Die Zeit heilt alle Wunden? Eigentlich heilen Leukozyten alle Wunden: Die weißen Blutkörperchen müssen in kürzester Zeit zum Ort der Verletzung oder Entzündung wandern, um die Ausbreitung von Infektionen zu verhindern. Wie diese Wanderung aussieht, untersucht Michael Sixt am Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg. Der junge Professor (37) hat diese Woche einen der acht START-Preise erhalten, die vom Wissenschaftsministerium (BMWF) und dem Wissenschaftsfonds (FWF) vergeben werden: Die Nachwuchswissenschaftler erhalten bis zu 1,2 Millionen Euro (für sechs Jahre).

Sixt wird das Geld in seine Arbeitsgruppe (derzeit vier Mitarbeiter) investieren: Die Gerätschaften, um Leukozyten bei der Wanderschaft zu beobachten, sind sehr aufwendig. „Weiße Blutkörperchen bewegen sich relativ schnell: Sie müssen flott dorthin gelangen, wo sie gebraucht werden“, erklärt Sixt: „Das zu filmen und zu analysieren ist oft schwierig.“ Nur ein Hunderstelmillimeter sind die Zellen des Immunsystems klein. Die Forscher wollen wissen, welche Kräfte bei ihrer Bewegung wirken. „Die Kräfte sind extrem schwach, sie müssen nur so stark sein, um eine Zelle, die einige Billionstelgramm wiegt, vorwärts zu ziehen oder durch Engstellen zu quetschen.“ Weiße Blutkörperchen haben keine Geißeln, wie man sie von Spermien oder Bakterien kennt, die ein schnelles Vorankommen durch Schwimmbewegungen ermöglichen. Leukozyten wandern durch ihre Verformung – ähnlich wie Amöben. „Bisher haben sich Forschungen darauf konzentriert, wie sich weiße Blutkörperchen über Rezeptoren, die eine Verbindung zwischen Zellskelett und Gewebe herstellen, weiterziehen“, sagt Sixt. Solche Vorgänge beobachtet man, wenn man die Zellen in einem Laborschälchen in eine Richtung wandern lässt: Der Vorderteil der Zelle verankert sich am Untergrund und zieht quasi den Hintern nach. Die Anlockung der Leukozyten erfolgt dabei über chemische Botenstoffe, die bei Verletzungen oder Entzündungen im Körper gebildet werden: kleine Eiweiße, die man den weißen Blutkörperchen vor die Nase halten kann, dann krabbeln sie los.

„Doch es gibt noch andere Fortbewegungsmethoden“, so Sixt. Bietet man den Zellen eine dreidimensionale Umgebung, in der sie auf und ab und über Hindernisse wandern können, sieht man, dass sie sich auch ohne Verankerung stark verformen, um voranzukommen. „Dafür sind die gleichen Moleküle zuständig wie bei einer Muskelkontraktion: Das Zellskelett besteht aus Aktin- und Myosinfilamenten, die sich dehnen und zusammenziehen können.“ Im Labor bietet Sixt den Zellen also „Klettergerüste“, auf denen sie herumkrabbeln können. Stellt man ihnen weiche Hindernisse in den Weg und filmt über Hightech-Mikroskope die Verformung, wenn die Zelle hineinkracht, kann man daraus die Kraft errechnen, die eine Zelle für ihre Bewegung aufwendet. „Am einfachsten ist es, wenn wir zwei Zellen ineinanderlaufen lassen“, verrät Sixt. Er lässt Zellen auch zwischen zwei Scheiben hochklettern: „Das ist wie Kaminklettern: Die Zelle drückt rechts und links gegen die Wände, um nach oben zu kommen. Wenn wir die Bewegung des Zellskeletts sichtbar machen – über Fluoreszenzmikroskopie – und die Verformung der Umgebung messen, sieht man, wo und wie Reibung auftreten muss, damit die Zelle wandern kann.“

Noch gefinkelter verläuft die Kraftmessung durch „Atomkraft-Mikroskopie“: Dabei drückt man mit einer feinen Platte auf die Zelle von oben drauf, die Zelle verformt sich und drückt mit einer – messbaren – Kraft gegen die Platte. Das Wissen über das „Krabbeln“ der Blutkörperchen kann helfen, allgemeine Mechanismen der Zellmigration zu verstehen: Denn nicht nur das Immunsystem muss schnell seine „Soldaten“ von einem Ort zum anderen schicken. Auch in der Embryonalentwicklung wandern Zellen – und bei der Bildung von Tumoren. Daher könnten Sixts Erkenntnisse Grundlagen liefern, um pharmakologisch in die Wanderung jeglicher Zellen einzugreifen.


Verschiedene Disziplinen. Sixts Forschungen am IST Austria sind eingebunden in den Arbeitsbereich „Zellbiologie und Biophysik“, der von Carl-Philipp Heisenberg geleitet wird. Die Forschung ist sehr interdisziplinär ausgelegt – Sixt ist ein gutes Beispiel dafür: Er ist Mediziner und verwendet zellbiologische, immunologische und biophysikalische Ansätze. Eine der verwendeten Methoden ist die „Optogenetik“, bei der Gene über Lichtimpulse an- und ausgeschaltet werden. So wird in Klosterneuburg z.B. auch erforscht, wie bei Zebrafischen Zellen im embryonalen Gewebe wandern oder wie Bakterien Signale empfangen und Informationen verarbeiten. Damit will man u.a. verstehen, wie Bakterien Resistenzen gegen verschiedene Antibiotika entwickeln.

Die Liste der acht START-Preise 2011 zeigt heuer gewisse Häufungen: Zwei Preise gingen an Jungforscher der Akademie der Wissenschaften (ÖAW), ebenfalls zwei an die TU Wien. Auffällig ist, dass diesmal gleich drei Quantenforscher ausgezeichnet wurden – und kein Geisteswissenschaftler. Im Lauf der Jahre sind allerdings alle Wissenschaftsdisziplinen unter den Preisträgern vertreten. Einen Überblick bietet eine neue, 96-seitige Publikation des Wissenschaftsministeriums und des FWF, in dem alle Preisträger der Jahre 2006 bis 2010 vorgestellt werden (kostenlos erhältlich unter 01/505 67 40-8832 oder office@fwf.ac.at).

("Die Presse", Print-Ausgabe, 26.06.2011)

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