Künstliche 3D Lymphknoten zur Untersuchung der Korrelation biochemischer und biomechanischer Signale währrend der T-Zell-Aktivierung

• Antragsteller: Dr. Oskar Staufer
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545610076

Die phänotypische Umwandlung von T-Zellen von einem naiven Ruhezustand in einen differenzierten Zustand ist ein grundlegender Prozess für die Immunität, der hochkoordinierte Wechselwirkungen zwischen mehreren zellulären und molekularen Akteuren beinhaltet. Sekundäre lymphatische Organe, wie Lymphknoten (LK), sind Schlüsselorte für die Aktivierung von T-Zellen, da sie eine spezialisierte dreidimensionale Mikroumgebung schaffen, die die Antigenpräsentation an T-Zellen durch professionelle antigenpräsentierende Zellen (APCs) fördert. Um die T-Zell-Aktivierung zu regulieren, werden auf den Membranen der APCs neben dem Antigen selbst verschiedene stimulierende und regulierende Proteine präsentiert. Jüngste Studien haben gezeigt, dass nicht nur die Art der auf den APCs in den LK präsentierten Proteine, sondern auch die mechanischen Eigenschaften der APCs wesentliche Regulatoren der T-Zell- Differenzierung in Effektor-, Gedächtnis- und regulatorische T-Zell-Populationen sind. Einblicke in den Zusammenhang zwischen biochemischen und biomechanischen Signalen, die der T-Zell-Aktivierung zugrunde liegen, sind nicht nur von grundlegender Bedeutung zum Verständnis der zellulären Immunität, sondern auch für die Entwicklung zellbasierten Immuntherapien. Um eine systematische Analyse der Zusammenhänge zwischen biochemischen und biomechanischen APC-Signalen durchzuführen, werden in diesem Projekt synthetische LK (SYNODEs) entwickelt, die aus ölbasierten synthetischen APCs zusammengesetzt sind. Dafür werden einzelne künstliche APCs so gestaltet, dass sie ein millimetergroßes gewebeähnliches Material bilden. Diese 3D-künstlichen LK, in denen die mechanischen Eigenschaften und die Membranproteinpräsentation der APC unabhängig voneinander kontrolliert werden können, werden naiven primären menschlichen T-Zellen präsentiert. Die Dynamik der T-Zell-Aktivierung und -Differenzierung in verschiedene T-Zell-Effektor-, -Regulations- und -Gedächtnissubtypen wird mittels mikroskopischer und biochemischer Techniken untersucht. Darüber hinaus wird die Migrationsdynamik der T-Zellen innerhalb der künstlichen Gewebestruktur sowie die Bildung immunologischer Synapsen und der Umbauen des Zytoskeletts mittels zeitaufgelöster Lichtblattmikroskopie untersucht, um die Signalintegration während der T-Zell-Aktivierung zu erfassen. Schließlich wird die zytotoxische Potenz von CD8 T-Zellen, die in SYNODEs unter verschiedenen biochemischen und biophysikalischen Bedingungen expandiert wurden, in einem CD3/Her2 bispezifischen T-Zell-Engager-Modell quantifiziert, um unterschiedliche Umweltreize mit der Effektorfunktion der T-Zellen für die Immuntherapie zu korrelieren. Das vorgeschlagene Projekt wird also eine künstliche Lymphknotentechnologie entwickeln, um grundlegende Mechanismen zu verstehen, die der gerichteten T-Zell-Aktivierung zugrunde liegen, was zur Verbesserung von Immuntherapietechnologien und einem tieferen Verständnis immunregulatorischer Mechanismen beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen