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Die rollende Reise der weißen Blutkörperchen: Was ist das Geheimnis hinter ihrem „Rollen“ in den Blutgefäßen?
In der Immunologie ist die Leukozytenextravasation oder Leukozytenadhäsionskaskade der Prozess, durch den Leukozyten (weiße Blutkörperchen) vom Blutkreislauf zum Ort der Gewebeschädigung oder Infektion gelangen. Dieser Prozess ist ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunantwort und beinhaltet hauptsächlich die unspezifische Rekrutierung von Leukozyten. Sofern keine Infektion oder Gewebeschädigung vorliegt, nutzen auch Monozyten diesen Prozess, um sich zu Makrophagen zu entwickeln.
Prozessübersicht
Die Leukozytenextravasation erfolgt hauptsächlich in postkapillaren Venen, wo die dynamische Scherkraft des Blutflusses verringert ist, was die Leukozytenextravasation fördert. Der gesamte Prozess kann in mehrere Schritte unterteilt werden:
- Chemische Anziehung
- Anhang scrollen
- Fest verbunden
- Transendotheliale Migration
Wenn einer dieser Schritte gehemmt wird, wird die Rekrutierung weißer Blutkörperchen gestoppt. Weiße Blutkörperchen erfüllen ihre Funktionen hauptsächlich im Gewebe, einschließlich der Phagozytose von Fremdpartikeln, der Produktion von Antikörpern, der Sekretion von Substanzen, die eine Entzündungsreaktion auslösen (wie Histamin und Heparin), und deren Neutralisierung. Insgesamt spielen weiße Blutkörperchen eine wichtige Rolle bei der Abwehr eines Organismus gegen Krankheiten.
Chemische Anziehung
Sobald Makrophagen in geschädigtem Gewebe von Krankheitserregern erkannt und aktiviert werden, setzen sie Zytokine wie IL-1, TNFα und Chemokine frei. Diese Faktoren bewirken, dass vaskuläre Endothelzellen neben der Infektionsstelle Zelladhäsionsmoleküle (z. B. Selektine) exprimieren und zirkulierende Leukozyten an die Stelle der Verletzung oder Infektion leiten.
Anhang scrollen
Weiße Blutkörperchen heften sich wie klebrige Haken an die Innenwände von Blutgefäßen und heften sich an Selektinmoleküle. Dadurch werden die weißen Blutkörperchen langsamer und beginnen, entlang der Endotheloberfläche zu rollen.
Während dieses rollierenden Prozesses werden vorübergehende Verbindungen zwischen Leukozyten und endothelialen Selektinen und ihren Liganden gebildet und unterbrochen. Solche Wechselwirkungen können durch das Glykosylierungsmuster von PSGL-1 moduliert werden, sodass bestimmte Zuckervarianten unterschiedliche Affinitäten aufweisen und es weißen Blutkörperchen ermöglichen, zu bestimmten Körperteilen wie der Haut zu wandern.
Fest verbunden
Gleichzeitig aktivieren die von Makrophagen freigesetzten Chemokine diese rollenden weißen Blutkörperchen und bewirken, dass ihre Oberflächen-Integrinmoleküle von einem Zustand niedriger Affinität in einen Zustand hoher Affinität wechseln. Diese Integrine binden mit hoher Affinität fest an Liganden, die spezifisch auf Endothelzellen exprimiert werden, und legen so die ungefähre Position weißer Blutkörperchen auf Endothelzellen fest.
Transendotheliale Migration
Während des Penetrationsprozesses wird das Zytoskelett der Leukozyten neu organisiert, sodass sich Leukozyten auf Endothelzellen ausbreiten und Pseudopodien bilden können, um durch den Endothelzellspalt zu gelangen. Dieser Vorgang wird Diapedese genannt. Sobald Leukozyten das Endothel durchquert haben, müssen sie auch die Basalmembran durchdringen.
Der gesamte Prozess des Gefäßaustritts wird Extravasation genannt und Leukozyten wandern entlang des chemotaktischen Gradienten in der interstitiellen Flüssigkeit zum Ort der Verletzung oder Infektion.
Molekularbiologie
Der Prozess der Leukozytenextravasation kann in mehrere Phasen zusammengefasst werden: Annäherung, Einfangen, Rollen, Aktivierung, Bindung, Bindungsverstärkung und -ausdehnung, intravaskuläres Kriechen und transzelluläre Migration bzw. transzelluläre Migration. Die Expression von Selektinen steht in engem Zusammenhang mit der Aktivität von Zelladhäsionsmolekülen.
Selectine und Integrine
Selectine werden nach der Aktivierung von Gefäßendothelzellen exprimiert, darunter hauptsächlich P-Selectin und E-Selectin. Diese Selectine binden an die Glykoproteinketten weißer Blutkörperchen. Integrine werden hauptsächlich auf weißen Blutkörperchen exprimiert und binden an Adhäsionsmoleküle von Endothelzellen, um die Bewegung weißer Blutkörperchen vorübergehend zu stoppen.
Zytokine
Der Extravasationsprozess wird durch Zytokine im Hintergrund der Entzündungsreaktion reguliert. Diese Zytokine lösen eine Vasodilatation aus und reduzieren die Ladung auf der Oberfläche von Blutgefäßen, wodurch die intermolekulare Bindung mit weißen Blutkörperchen erleichtert wird.
Aktuelle Fortschritte
In den letzten Jahrzehnten hat das Aufkommen mikrofluidischer Geräte bessere Werkzeuge für die Untersuchung von Leukozyten-Endothel-Wechselwirkungen bereitgestellt. Diese neuen Plattformen können realistischere physiologische Umgebungen simulieren und die weitere Erforschung des Verhaltens weißer Blutkörperchen erleichtern.
Untersuchungen haben gezeigt, dass weiße Blutkörperchen in einer Umgebung mit hohen Scherkräften ein seltsames Verhalten zeigen, ein Phänomen, das als „Capture-Bond-Hypothese“ bezeichnet wird. Das bedeutet, dass hohe Scherkräfte unter bestimmten Bedingungen die Bindungskraft zwischen weißen Blutkörperchen und Endothelzellen verstärken können.
Schlussfolgerung
Auch wenn die Bewegung und Infiltration weißer Blutkörperchen im Körper gewöhnlich erscheinen mag, verbergen sich dahinter unzählige komplexe biochemische Prozesse und Mechanismen. Diese sensiblen Reaktionen auf die Umwelt schützen nicht nur unseren Körper, sie enthüllen auch die Geheimnisse der Funktionsweise des Lebens. Lässt sich das alles noch weiter optimieren, damit wir in der Medizintechnik der Zukunft größere Fortschritte machen können?
