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Wussten Sie, dass Viren, Nukleinsäuren und sogar ganze Mitochondrien zwischen Zellen übertragen werden können?
In der mikroskopischen Welt der Biologie gibt es eine erstaunliche Struktur namens „Tunneling Nanotubes“ (TNTs). Diese interzellulären Verbindungen ermöglichen nicht nur die Übertragung von Informationen, sondern können sogar wichtige Zellbestandteile wie Nukleinsäuren und Mitochondrien transportieren. Diese fortgeschrittene Form der Zell-zu-Zell-Kommunikation hat wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Interaktion von Zellen untereinander.
Kanalnanoröhren haben einen Durchmesser zwischen 0,05 und 1,5 Mikrometern, können sich über eine Länge von mehreren Zelldurchmessern ausdehnen und lassen sich in zwei Typen unterteilen: offen und geschlossen.
Diese winzigen Strukturen existieren nicht nur zwischen bestimmten tierischen Zellen, sondern erfüllen auch wichtige Funktionen. Diese Kanäle ermöglichen die Verbindung von Zellen über Entfernungen von bis zu 100 Mikrometern und sind in der Lage, Abschnitte der Zellmembran zwischen zwei Zellen zu übertragen, wodurch direkte Zell-zu-Zell-Kontakte entstehen. Neben der grundlegenden Kommunikation zwischen Zellen sind sie auch in der Lage, Nukleinsäuren wie mRNA und miRNA sowie Krankheitserreger wie HIV und Prionen zu übertragen.
Geschichte der Kanal-Nanoröhren
Das Konzept der Kanalnanoröhren wurde erstmals im Jahr 1999 vorgeschlagen, als das Ziel der Studie darin bestand, die morphologische Entwicklung der Flügel bei Larven der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) zu untersuchen. Im Zuge der Vertiefung der Forschung wurden in einer Arbeit aus dem Jahr 2004 die zwischen PC12-Zellen gebildeten Verbindungsstrukturen genauer beschrieben und diese Strukturen erstmals als „Kanal-Nanoröhren“ bezeichnet. Diese Vorstudien zeigten, dass die Bildung von Nanoröhren eng mit der Translokation von Zellmembranen und Organellen zusammenhängt.
Bildung von Nanoröhren
Der Bildungsmechanismus von Kanalnanoröhren wird noch untersucht und es gibt zwei Haupthypothesen. Einer davon besteht darin, dass der direkte Kontakt zwischen Zellen es den zytoplasmatischen Ausstülpungen ermöglicht, sich in Richtung einer anderen Zelle auszudehnen und schließlich mit der Membran der Zielzelle zu verschmelzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass bei der Trennung zweier verbundener Zellen die verbleibenden Nanoröhren als Brücken fungieren und die Verbindung zwischen ihnen aufrechterhalten.
Die Studie ergab, dass sich bestimmte dendritische Zellen und THP-1-Monozyten als Reaktion auf Reize wie Bakterien oder mechanische Einwirkungen über die Kanalnanoröhren verbanden und Anzeichen eines Kalziumflusses zeigten.
Stoffwechsel zwischen Zellen
Transfer von Mitochondrien
Kanalnanoröhren haben sich als Mechanismus erwiesen, der den Transfer ganzer Mitochondrien zwischen Zellen ermöglicht. In einigen Studien wurde festgestellt, dass Krebszellen über diese Nanoröhren Mitochondrien von Immunzellen stehlen können. Bei einer Zellschädigung setzen die beschädigten Mitochondrien reaktive Sauerstoffspezies frei, die benachbarte mesenchymale Stammzellen dazu anregen, sie über die Nanoröhren mit gesunden Mitochondrien zu versorgen. Dieser Vorgang soll die Reparatur des Herzens unterstützen.
Ausbreitung von AktionspotentialenNeuere Studien haben gezeigt, dass Kanalnanoröhren Aktionspotentiale durch ihre Verlängerungen in das endoplasmatische Retikulum weiterleiten können. Dieser Prozess fördert das Eindringen von Kalziumionen in andere Zellen durch aktive Diffusion und erleichtert so die Signalübertragung zwischen Zellen.
Ausbreitung von Krankheitserregern
Durch Kanalnanoröhren können nicht nur Mitochondrien übertragen werden, auch viele Viren können sich über diese Strukturen verbreiten. Studien haben beispielsweise gezeigt, dass das SARS-CoV-2-Virus in der Lage ist, Kanalnanoröhren zu bilden, um sich von Nasenzellen in andere Teile des Körpers auszubreiten. Darüber hinaus hängt auch die Ausbreitung von HIV zwischen dendritischen Zellen von der Anwesenheit dieser Nanoröhren ab.
Im Vergleich zu Patienten mit langfristigem HIV-freiem Verlauf ist bei ihnen die Fähigkeit zur Bildung von Kanalnanoröhren dendritischen Zellen beeinträchtigt, was den Übertragungsweg des Virus erklären könnte.
Anwendungen in der Nanomedizin
Kanalnanoröhren zeigen Potenzial für die Anwendung in der Nanomedizin. Einerseits könnten Forscher erwägen, die Bildung von Nanoröhrchen zu blockieren, um die Toxizität von Behandlungsmethoden zu verringern. Andererseits könnte die Förderung der Bildung von Nanoröhrchen den therapeutischen Effekt verstärken.
AbschlussKanalnanoröhren bieten Zellen eine einzigartige Möglichkeit zur Kommunikation und zeigen, wie Zellen über Entfernungen hinweg interagieren können. Dieses aufstrebende Forschungsgebiet ermöglicht uns nicht nur ein tieferes Verständnis der Zellbiologie, sondern bietet auch neue Perspektiven für zukünftige Medizintechnologien. Welches unentdeckte Potenzial verbirgt sich in solch einer mikroskopischen Welt?
