Quando le cellule T del nostro sistema immunitario diventano attive, minuscole forze di trazione a livello molecolare svolgono un ruolo importante. Ora sono stati studiati alla TU Wien.

Nel nostro corpo avvengono costantemente processi altamente complicati per tenere sotto controllo gli agenti patogeni:le cellule T del nostro sistema immunitario sono impegnate nella ricerca di antigeni, molecole sospette che si inseriscono esattamente in determinati recettori delle cellule T come una chiave in una serratura. Questo attiva la cellula T e vengono messi in moto i meccanismi di difesa del sistema immunitario.

Come questo processo avvenga a livello molecolare non è ancora ben compreso. Ciò che ora è chiaro, però, è che non solo la chimica gioca un ruolo nell'aggancio degli antigeni alla cellula T; anche gli effetti micromeccanici sono importanti. Le strutture submicrometriche sulla superficie cellulare agiscono come microscopiche molle di tensione. Piccole forze che si verificano di conseguenza possono essere di grande importanza per il riconoscimento degli antigeni. A TU Vienna, è stato ora possibile osservare queste forze direttamente utilizzando metodi di microscopia altamente sviluppati.

Ciò è stato reso possibile da una collaborazione tra TU Wien, Humbold Universität di Berlino, ETH Zurigo e MedUni Vienna. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista scientifica Nano lettere .

Annusare e sentire

Per quanto riguarda la fisica, i nostri organi sensoriali umani funzionano in modi completamente diversi. possiamo annusare, cioè rilevare sostanze chimicamente, e possiamo toccare, cioè classificare gli oggetti in base alla resistenza meccanica che ci presentano. È simile ai linfociti T:possono riconoscere la struttura specifica di alcune molecole, ma possono anche "sentire" gli antigeni in modo meccanico.

"Le cellule T hanno i cosiddetti microvilli, che sono minuscole strutture che sembrano piccoli peli, " dice il prof. Gerhard Schütz, capo del gruppo di lavoro sulla biofisica presso l'Istituto di fisica applicata della TU Wien. Come hanno dimostrato gli esperimenti, effetti notevoli possono verificarsi quando questi microvilli entrano in contatto con un oggetto:i microvilli possono racchiudere l'oggetto, simile a un dito ricurvo che tiene una matita. Possono quindi anche ingrandire, in modo che la sporgenza simile a un dito alla fine diventi un cilindro allungato, che viene capovolto sull'oggetto.

"Nel processo si verificano piccole forze, nell'ordine di meno di un nanonewton, " dice Gerhard Schütz. Un nanonewton corrisponde all'incirca alla forza peso che eserciterebbe una goccia d'acqua con un diametro di un ventesimo di millimetro.

Misura della forza nell'idrogel

Misurare forze così piccole è una sfida. "Ci riusciamo mettendo la cellula insieme a minuscole sfere di prova in un gel appositamente sviluppato. Le sfere trasportano molecole sulla loro superficie a cui reagisce la cellula T, " spiega Gerhard Schütz. "Se conosciamo la resistenza che il nostro gel esercita sulle perline e misuriamo esattamente quanto si muovono le perline nelle immediate vicinanze della cellula T, possiamo calcolare la forza che agisce tra la cellula T e le perline".

È probabile che queste minuscole forze e il comportamento dei microvilli siano importanti per riconoscere le molecole e quindi innescare una risposta immunitaria. "Sappiamo che le biomolecole come le proteine ​​mostrano un comportamento diverso quando vengono deformate da forze meccaniche o quando i legami vengono semplicemente tirati, " afferma Gerhard Schütz. "È probabile che tali meccanismi svolgano un ruolo anche nel riconoscimento dell'antigene, e con i nostri metodi di misurazione questo può ora essere studiato in dettaglio per la prima volta."