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Geheimnisvolle chemische Führung: Warum werden weiße Blutkörperchen von der Infektionsstelle angezogen?
Im menschlichen Immunsystem ist die Funktion der weißen Blutkörperchen von entscheidender Bedeutung, insbesondere als Reaktion auf Infektionen und Gewebeschäden. Wenn Bakterien oder Viren eindringen, sammeln sich durch einen Prozess namens Leukozytenextravasation schnell weiße Blutkörperchen an der infizierten Stelle an. Dieser Prozess ist nicht nur von zentraler Bedeutung für die Immunantwort, sondern zeigt auch die wichtige Rolle von Chemikalien bei der Bekämpfung von Infektionen.
Die Leukozytenextravasation erfolgt hauptsächlich in postkapillaren Venen, wo die Scherkraft des Blutflusses geringer ist, wodurch Leukozyten das Gefäßendothel effektiver zurückhalten und daran haften können. Studien haben gezeigt, dass dieser Prozess in vier Hauptschritte unterteilt ist: chemische Anziehung, Rolladhäsion, feste Adhäsion und Übertragung über das Endothel.
„Nach der Infektion setzen lokale Makrophagen Zytokine wie IL-1 und TNFα frei, die Endothelzellen dazu anregen, Adhäsionsmoleküle zu exprimieren, was den Weg für die Leukozyteninfiltration ebnet.“
Chemische Anziehung
Dieses Stadium ist zunächst für die Makrophagen im Gewebe verantwortlich. Wenn Krankheitserreger erkannt werden, setzen sie Zytokine frei, die benachbarte Endothelzellen dazu veranlassen, Zelladhäsionsmoleküle, einschließlich Selektine, zu exprimieren. Durch die Freisetzung chemischer Hormone wie C5a werden weiße Blutkörperchen zur Stelle der Verletzung oder Infektion geleitet.
Scroll-Stick
Während der rollenden Adhäsionsphase binden einige Kohlenhydratliganden auf der Oberfläche von Leukozyten mit geringerer Affinität an Selektine in Endothelzellen, ähnlich wie bei Velcro. Diese Bindung führt dazu, dass die weißen Blutkörperchen langsamer werden und beginnen, entlang der Auskleidung der Blutgefäße auf der Oberfläche der Endothelzellen zu rollen. Während des Rollvorgangs kommt es zu einer zufälligen Bindung und Dissoziation zwischen dem Selectin und seinem Liganden, wodurch die weißen Blutkörperchen noch näher an den infizierten Bereich heranrücken.
Fest haftend
Mit fortschreitendem Prozess beginnen chemische Signale, die das Eindringen von Leukozyten fördern, die rollenden Leukozyten zu aktivieren, wodurch sich die Affinität der Integrine auf ihren Oberflächen von niedrig nach hoch ändert. Eine solche Leistung ermöglicht es Integrinen vor und nach den weißen Blutkörperchen, fest an der Oberfläche der Endothelzellen zu haften, wodurch die Adhäsion verstärkt wird und die weißen Blutkörperchen beginnen, unbeweglich zu werden.
Transfer durch Endothel
Wenn sich Leukozyten das nächste Mal darauf vorbereiten, das Gefäßendothel zu durchqueren, wird ihr Zytoskelett neu organisiert, was dazu führt, dass sich die Leukozyten auf den Endothelzellen ausbreiten und als Pseudopodien in die Räume zwischen den Endothelzellen eindringen. Dieser Vorgang wird „Leukozyteninfiltration“ genannt. Sobald die Leukozyten das Endothel erfolgreich durchquert haben, gelangen sie in den Zwischenraum und bewegen sich entlang des chemischen Gradienten in Richtung der beschädigten Stelle.
„Dieser Prozess zeigt, dass die Reaktion des Körpers auf eine Infektion nicht nur schnell, sondern auch fein reguliert ist, ein biophysikalischer Prozess, der aus mehreren Schritten besteht.“
Zytohormone und Extravasationsprozess
Zytohormone spielen in diesem Prozess eine entscheidende Rolle. Sie regulieren nicht nur die Gefäßpermeabilität, sondern fördern auch die Interaktion zwischen weißen Blutkörperchen. Durch die Freisetzung von Zytokinen wie IL-1 und TNFα können weiße Blutkörperchen ihre Arbeit zur richtigen Zeit und am richtigen Ort erledigen.
Leukozytenadhäsionsdefekt und Neutrophileninsuffizienz
Leukozytenadhäsionsdefizienz (LAD) ist eine Erbkrankheit, bei der Leukozyten aufgrund eines Defekts in der Integrin-β2-Kette nicht in der Lage sind, erfolgreich am Endothel zu haften und in das Endothel einzudringen, was dazu führt, dass Patienten häufig an bakteriellen Infektionen leiden. Gleichzeitig kann bei manchen Krankheiten wie der Sepsis der Prozess der Extravasation weißer Blutkörperchen unkontrollierbar werden, was zu weiteren Schäden im Körper führt.
Neueste Entwicklungen
In den letzten Jahren konnten Forscher durch das Aufkommen mikrofluidischer Geräte tiefer in die Wechselwirkung zwischen Leukozyten und Endothelzellen eintauchen und das Leukozyten-Extravasationsverhalten unter verschiedenen Flüssigkeitsbedingungen analysieren. Diese Studien verbessern nicht nur unser Verständnis der Mechanismen der Immunantwort, sondern liefern möglicherweise auch neue Ideen für die Entwicklung neuer Medikamente, beispielsweise für Behandlungsmöglichkeiten bei Neutrophileninsuffizienz.
In diesem mysteriösen biologischen Prozess können weiße Blutkörperchen so effizient zum Infektionsort geleitet werden. Gibt es andere unentdeckte Mechanismen, die ihre Wirkung unterstützen?
