Ist die sanfte und süße Figur tatsächlich ein Experte, der sowohl ein Held als auch ein Verräter ist?

Im beliebten japanischen Wissenschaftscomic „Cells at Work!“ werden Blutplättchen als süße und unschuldige kleine Mädchen dargestellt. Wenn Blutgefäße beschädigt sind, treten sie in Gruppen auf und sammeln sich, um die Wunde zu verschließen und die Blutung zu stoppen. Tatsächlich handelt es sich dabei jedoch nur um das anfängliche Verständnis der Menschen für Blutplättchen. Blutplättchen sind eine Art „niedere Zellen“, die nicht einmal einen Zellkern besitzen, verwenden jedoch dieselbe Sprache wie „höhere Zellen“, beispielsweise Neuronen, um an interzellulären Dialogen und kollektiven Entscheidungen teilzunehmen.

Dieser Artikel darf mit Genehmigung aus „The Secret Language of Cells“ (Beijing United Publishing Company, Ausgabe September 2022) entnommen werden, der Titel wurde vom Herausgeber hinzugefügt.

Von Jon Lieff

Übersetzung | Gong Yin

Die Wissenschaftler waren überrascht, als sie herausfanden, dass einfache Blutplättchen, die keinen Zellkern besitzen und nicht einmal Zellen sind, eine subtile und komplexe Kommunikation mit vielen anderen Zellen eingehen können. Bis vor kurzem dachte man, Blutplättchen seien Bestandteile größerer Zellen, deren einzige Funktion darin besteht, sich zusammenzuballen, um Blutungen zu stoppen und gelegentlich durch fehlgeleitete Verklumpungen eine Arterie zu verstopfen. Blutplättchen können Herzinfarkte und Schlaganfälle verursachen, indem sie versehentlich Blutgerinnsel in den Blutgefäßen des Herzens und des Gehirns bilden.

Bevor wir entdeckten, dass Blutplättchen mit Immunzellen, Gefäßzellen und Gewebezellen kommunizieren, war es schwer vorstellbar, dass Blutplättchen wie Zellen funktionieren könnten. Wie erzeugen Blutplättchen Signale und Rezeptoren? Wie kann man sich ohne Zellkern und DNA anpassen?

Die Antwort ist, dass Blutplättchen ihre Überlebensstrategien entwickeln, lange bevor sie sich von ihrer Mutterzelle, dem Megakaryozyten, einer großen Knochenmarkszelle, lösen. Diese Mutterzellen versorgen die Blutplättchen mit einem vollständigen Satz von Messenger-RNA-Molekülen, die durch ihre eigene DNA kodiert werden, sowie mit der Proteinherstellungsmaschinerie, den sogenannten „Ribosomen“. Mit all dieser Unterstützung können Blutplättchen selbstständig vollständige Signal- und Rezeptorinformationen zusammenstellen.

Wie die zellulären Dialoge, die die meisten Immunzellen während ihrer ersten Reaktion auf äußere Feinde und Verletzungen führen, ist auch die Kommunikation der Blutplättchen wichtig und vielfältig. Die Thrombozytensignalisierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Mikroben und ist oft die erste Zelle, die Mikroben im Körper bekämpft. Da sie im gesamten Körper in großer Zahl vorhanden sind, können Blutplättchen Mikroorganismen schnell aufspüren und Nachrichten an Immunzellen senden, um diese zur Einleitung von Abwehrmechanismen anzuregen. Durch die Ansammlung weißer Blutkörperchen schließen sich die Blutplättchen aktiv den Reihen der Immunzellen an und bekämpfen gemeinsam mit ihnen Infektionen. Blutplättchen fungieren als Helfer der T-Zellen und helfen ihnen, die B-Zellen zur Produktion besserer Antikörper anzuleiten.

Neben der Übermittlung von Signalen an Immunzellen zur Abwehr fremder Feinde und der Bekämpfung von Mikroorganismen müssen Thrombozyten auch ein weiteres hämodynamisches Problem lösen, nämlich die „Hämostase“, die jedoch nicht so einfach ist wie gedacht. Während des Hämostaseprozesses müssen die Blutplättchen gleichzeitig auf die präzisen Anforderungen an den Blutfluss aus verschiedenen Geweben reagieren. Zu viel oder zu wenig Blutfluss kann das Gewebe schädigen. Bei übermäßiger Gerinnung können sich die Blutgerinnsel im gesamten Blutkreislauf ausbreiten und mehrere Bereiche des Körpers gleichzeitig schädigen. Ohne ausreichende Gerinnung verbluten die Gewebe.

Als wichtigste Reaktionsmittel bei Verletzungen müssen Blutplättchen Blutungen sofort stoppen, einen ausreichenden Blutfluss aufrechterhalten und Mikroorganismen bekämpfen. Bei Gewebeschäden können Mikroorganismen durch Traumata oder Fremdkörper in das Gewebe eindringen. Schäden an Gewebe und Blutgefäßen lösen mehrere Ebenen von Gerinnungsfaktoren aus, die wiederum die Blutplättchen durch Veränderung ihrer Form zur Bildung eines Blutgerinnsels anregen. Blutplättchen senden außerdem Signale aus, um Immunzellen anzulocken und sie aufzufordern, Gewebe zu reparieren und bei der Bildung von Gerüstmolekülen außerhalb der Zellen zu helfen, die eine Narbe bilden können. Man kann sagen, dass Blutplättchen an allen oben genannten Aktivitäten gleichzeitig beteiligt sind.

Blutplättchen, rote Blutkörperchen und Fibrin bilden zusammen ein Blutgerinnsel

(Elektronenmikroskopische Aufnahme, David M. Phillips/Science Photo Library)

Ein genauerer Blick auf Blutplättchen

Nur Säugetiere haben Blutplättchen; andere Organismen verwenden andere Blutzellen, um dieselbe Aufgabe zu erfüllen. Wie bereits erwähnt, werden Blutplättchen von Megakaryozyten im Knochenmark produziert. Als Reaktion auf Signale von Leber und Nieren dehnen sich Megakaryozyten auf das 20-fache ihrer ursprünglichen Größe aus und produzieren sofort Tausende von Blutplättchen. Diese Blutplättchen können etwa eine Woche überleben. Die Mutterzellen der Blutplättchen wandern vom Knochenmark zur Milz, wo sie für die spätere Verwendung gespeichert werden. Diese Zellen werden als Reaktion auf Signale von Neuronen freigesetzt. Durch einen intensiven Dialog zwischen den Zellen wird sichergestellt, dass die Versorgung mit Blutplättchen nur dem Bedarf entspricht, jedoch nicht so viel, dass ein Überschuss an Blutplättchen entsteht.

Blutplättchen können ihre Form so schnell ändern, weil sie sich in einem faltigen Zustand befinden, wobei eine große Menge zusätzlicher Zellmembranen zu Falten aufgerollt ist. Andere Zellen senden Nachrichten an die Blutplättchen und teilen ihnen mit, wann sie ihre Form ändern sollen. Die Gerüstmoleküle im Inneren der Blutplättchen reagieren auf diese Botschaften, indem sie viele lange „Arme“ wachsen lassen, die sich vom Körper des Blutplättchens aus erstrecken. Die „Metamorphose“ der Blutplättchen verläuft in drei Phasen: das Wachstum neuer „Arme“, die Streckung des Körpers und die Verdickung des Zentrums. Zu diesem Zeitpunkt kann der „Generator“ direkt unter der Thrombozytenmembranstruktur die Membranoberfläche schnell vergrößern, ohne sich selbst zu vergrößern oder neue Materialien hinzuzufügen. Die Arme der Blutplättchen heften sich dann an das geplatzte Blutgefäß. Dann „halten“ sich mehrere Blutplättchen an den Händen und bilden gemeinsam eine embolische Struktur.

Blutplättchen produzieren Nachrichten und greifen Moleküle an, die über Vesikel mit Chemikalien gesendet werden. Blutplättchen verwenden Vesikel jedoch nur dann zum Senden von Nachrichten, wenn in ihrem Körper Arme statt Kreise wachsen. Die Vesikel tragen drei Signalmoleküle, jedes mit einer anderen Funktion: Eines dient der Regulierung des Blutflusses; eine zweite wird verwendet, um Mikroorganismen anzuheften und abzutöten; und ein drittes wird verwendet, um Blutgerinnsel umzuformen und so beschädigte Organe zu reparieren. Um einen Mikroben abzutöten, müssen die Arme der Blutplättchen den Mikroben zunächst greifen und ihm dann die Vesikel injizieren. Blutplättchen verfügen über zahlreiche Rezeptoren, die jeden Mikroben erkennen können, und sie liefern auch spezifische toxische Verbindungen, die jeden Mikroben abtöten.

Umfassender Angriff auf Mikroorganismen

Blutplättchen können die Art und den genauen Ort der Verletzung erkennen und schnell dorthin wandern. Da sie zahlenmäßig weitaus größer sind als andere Blutzellen, sind die Blutplättchen die wichtigsten Akteure bei der anfänglichen Lösung des Problems, während sie auf die Unterstützung leistungsfähigerer T-Zellen und Neutrophilen warten. Beim Erkennen einer Mikrobe verändern die Blutplättchen ihre Form und setzen die angreifenden Moleküle frei.

Um Mikroben zu bekämpfen, verwenden Blutplättchen verschiedene Techniken. Wenn sie mit einer schwierigen Bakterienart konfrontiert werden, geben Blutplättchen eine Vielzahl von Vesikeln ab, von denen einige Phosphat-Energiepartikel und andere Proteine ​​enthalten, die diese Energiepartikel zum Angriff auf die Mikroben nutzen. Die Bakterien reagieren auf den Angriff mit eigenen Signalen, die die Thrombozytensekretion blockieren und Thrombozytenproteine ​​abbauen. Die Blutplättchen scheiden dann Enzyme aus, um die schädlichen Proteine ​​der Bakterien abzubauen. Dieser Kampf wird in vielen Formen weitergehen. Weitere Informationen zur bakteriellen Herausforderung finden Sie in Teil III dieses Buches über Mikroorganismen.

Die Sekrete, mit denen Blutplättchen Mikroorganismen bekämpfen, können mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen. Neuere Studien haben ergeben, dass ein Enzym, das den Gerinnungsprozess einleitet, auch Thrombozytenprodukte in mehrere Fragmente spaltet, von denen jedes auf eine bestimmte Mikrobenart abzielt. Ein weiteres multifunktionales Molekül, das von Blutplättchen produziert wird, bildet mit der Veränderung der Mikroben verschiedene Fragmente und Module. Diese einzigartigen molekularen Strukturbereiche senden Hilfssignale an andere Zellen, um verschiedene Arten von Mikroben abzutöten. Wenn Blutplättchen Mikroben direkt angreifen, mobilisieren die gesendeten Signale einen stärkeren Angriff.

Auch im Kampf gegen Mikroorganismen nutzen Blutplättchen spezielle Rezeptoren. Interne Rezeptoren erfassen, wie viele der schädlichen Moleküle zurückbleiben. Bei Bedarf werden von innen Signale gesendet, um die Boten-RNA und Ribosomen zu mobilisieren und mehr der angreifenden Moleküle zu produzieren, manchmal bis zum Hundertfachen der ursprünglichen Menge. Mithilfe von Rezeptoren können Blutplättchen auch bestimmte aus Zellen herausragende Fettmoleküle analysieren und so zwischen menschlichen Zellmembranen und denen von Mikroorganismen unterscheiden. Auf dieser Grundlage sind Blutplättchen in der Lage, nur Mikroorganismen anzugreifen, ohne menschliche Zellen anzugreifen.

Eine große Anzahl von Molekülen, die Blutplättchen angreifen, sind gegen ein breites Spektrum von Mikroorganismen wirksam, darunter Bakterien, Pilze, Protozoen und viele Viren. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass Blutplättchen die erste wichtige Verteidigungslinie gegen HIV (Humanes Immundefizienz-Virus) darstellen. Es wurde auch gezeigt, dass Thrombozytenfaktoren Streptokokken-Herzinfektionen einschränken. Ein bestimmtes Thrombozytenmolekül kann in von Mikroorganismen besiedelte rote Blutkörperchen eindringen und dann den Parasiten angreifen, der Malaria verursacht. Je mehr Blutplättchen im Körper vorhanden sind, desto größer sind die Erfolgsaussichten bei der Malariabekämpfung. Darüber hinaus wirken Blutplättchen gegen eine Vielzahl von Pilzen. Um die Würmer anzugreifen, produzieren Blutplättchen Wasserstoffperoxid und andere schädliche Moleküle. Obwohl Blutplättchen Mikroorganismen nicht „fressen“ können, können sie ihnen den Weg blockieren und darauf warten, dass größere Makrophagen sie verschlingen.

Helfer-Immunzellen

Die wahrscheinlich wichtigste Funktion der Blutplättchen besteht darin, als Helfer-Immunzellen zu fungieren. Sie untersuchen die Oberfläche von Immunfresszellen, um festzustellen, welche infiziert sind und Mikroben nicht mehr bekämpfen können. Anschließend übermittelte er die Ergebnisse seiner Überprüfung per Signal und rief starke Truppen zum Kampf zusammen. Blutplättchen stimulieren Rezeptoren, die an Mikroben binden, und helfen so den weißen Blutkörperchen, die Mikroben leichter aufzunehmen.

Blutplättchen verfügen über eine Vielzahl von Immunsignalrezeptoren, die es ihnen ermöglichen, durch den Körper zu wandern, um auf Hilferufe aus sehr weit entfernten Orten zu reagieren. Am Zielort angekommen, nutzen die Blutplättchen sofort eine Vielzahl von Rezeptoren und Signalen, um auf verschiedene Arten von Zellschäden zu reagieren. Einige Thrombozytensignale führen zu einer schnellen Reaktion der weißen Blutkörperchen. Thrombozyten können außerdem durch die Nutzung vieler der stärksten Immunsignale Entzündungen auslösen. Nach der Beurteilung der aktuellen Situation senden die Blutplättchen eine Reihe von Nachrichten, wenn sich die Situation ändert. Aufgrund der Komplexität des spezifischen Prozesses kann es jedoch vorkommen, dass das Signal falsch ist, was zu Fehlern bei der Koagulationslokalisierung führen kann.

Blutplättchen verbessern die Fähigkeit der weißen Blutkörperchen, Mikroorganismen zu phagozytieren. Wenn eine Strategie als notwendig erachtet wird, signalisieren die Blutplättchen einer bestimmten Art von weißen Blutkörperchen, sich zum Ort des heftigen Kampfes mit dem fremden Feind zu begeben. Anschließend produzieren Fresszellen, die für die Aufnahme der Trümmer verantwortlich sind, verschiedene Enzyme, die die von den Blutplättchen abgesonderten Moleküle in kleine Fragmente zerschneiden. Dieser Angriff muss durch die kombinierte Wirkung von Thrombozytensignalen und reinigenden Zellenzymen erfolgen. Die Mikroben wehren sich mit ihren eigenen Enzymen und versuchen, die schädlichen Moleküle der Blutplättchen zu zerstören. Allerdings können diese Enzyme auch unbeabsichtigt kleinere Fragmente von Blutplättchenmolekülen erzeugen, die den Mikroben selbst schaden können.

Neutrophile stellen Fallen für Mikroorganismen auf, die wir „Jagdnetze“ nennen. Diese Jagdnetze bestehen aus DNA-Molekülen und Proteinen. Blutplättchen sind am gesamten Netzbildungsprozess beteiligt und bilden zusammen mit dem Jagdnetz und den weißen Blutkörperchen ein faseriges Aggregat. Diese komplexe Struktur ist in der Lage, mehr Immunzellen zu rekrutieren und zu aktivieren. Auf dieser Grundlage können sich die Thrombozytenfasern stärker an mikrobielle Moleküle anheften, um diese abzutöten. Das Jagdnetz ist ein wichtiger Angriffsmechanismus, der eine große Bandbreite an Bakterien tötet, ohne menschliches Gewebe zu schädigen.

Die unterstützende Rolle der Blutplättchen spiegelt sich auch in anderen Aspekten wider. Um das Problem richtig anzugehen, benötigen leistungsstarke T-Zellen andere Zellen, die mikrobielle Fragmente oder Partikel an der Stelle der Zellschädigung präsentieren. Thrombozyten selbst sind nicht für die Präsentation von Substanzen gegenüber T-Zellen verantwortlich, sie sind jedoch am Präsentationsprozess beteiligt und erhöhen dessen Spezifität. Dazu nehmen die Blutplättchen Kontakt mit der Mikrobe auf und binden sie schnell an die präsentierende Zelle.

Im Falle einer Virusinvasion senden Blutplättchen außerdem mehrere Aktivierungssignale direkt an die T-Zellen. Gleichzeitig alarmieren die von den Blutplättchen gesendeten Signale auch die T-Zellen, andere infizierte Zellen anzugreifen. Je nach Situation senden die Blutplättchen Signale, um den jeweils benötigten T-Zelltyp herbeizurufen. Diese Thrombozytensignale sind auch für die kritische Kommunikation zwischen T-Zellen und B-Zellen wichtig und tragen zur Produktion optimaler Antikörper bei.

Blutplättchen und Krebs

Krebszellen haben eine einzigartige Beziehung zu Blutplättchen. Wie wir in Kapitel 8 sehen werden, benötigen Krebszellen Unterstützung durch lokale Gewebezellen, Immunzellen und vaskuläre Endothelzellen. Neuere Studien haben ergeben, dass Blutplättchen auch bei Krebserkrankungen helfen. Blutplättchen können die üblicherweise bei der Blutgerinnung verwendeten Fasern nutzen, um Krebszellen zu umhüllen und sie so vor Angriffen durch Fresszellen und Killerzellen des Immunsystems zu schützen.

Blutplättchen tragen zum Aufbau der Struktur metastasierender Krebskolonien bei. Je mehr Blutplättchen sich am Ort der Koloniebildung befinden, desto schlechter ist die Krankheitsprognose. Neue Behandlungsmethoden können bei der Lösung dieser Art von Thrombozytenaggregationsproblemen eine Rolle spielen. Darüber hinaus löst ein weiteres Thrombozytensignal die Umwandlung der Krebszellen von passiven, sich kaum bewegenden Zellen in aggressive, sich bewegende Zellen aus, was zu bösartigem Tumorwachstum führt. Ohne Blutplättchensignale können eindringende Krebszellen in einen passiveren Zustand zurückkehren und die Ausbreitung der Krebszellen kann zum Stillstand kommen.

Durch Blutplättchen gebildete Blutgerinnsel können die Entstehung von Krebs fördern, und Krebssignale selbst können dazu führen, dass sich diese Gerinnsel in bestimmte Typen verwandeln, beispielsweise in kleine Gerinnsel, weit verbreitete und gefährliche Gerinnsel, Embolien, die die Lunge schädigen, und so weiter. Mithilfe des Dialogs zwischen Blutplättchen und Gewebezellen können wandernde Krebszellen entfernte Gewebe erreichen und mit der Bildung neuer Kolonien beginnen. Obwohl jedes Gewebe im Körper anders ist, können Blutplättchen Signale verwenden, die für jedes Gewebe einzigartig sind.

Krebs und Blutplättchen interagieren auch auf andere Weise. Signale von Krebszellen regen Blutplättchen dazu an, mit nahegelegenen Gewebezellen zu kommunizieren. Angesichts der bereits bestehenden Beziehungen der Blutplättchen zu diesen lokalen Zellen könnte dies dem Krebs größere Unterstützung bieten. Andererseits können Thrombozytensignale auch Blutgefäße undicht machen, sodass Krebszellen leichter in die Blutgefäße eindringen und sie verlassen können.

Es ist schwer vorstellbar, dass Blutplättchen, Zellen ohne Zellkern, so viele Dinge leisten können!

Über den Autor

[US] Jon Lieff , Alterspsychiater, Distinguished Life Fellow der American Psychiatric Association, Bachelor der Mathematik von der Yale University und Doktor der Medizin von der Harvard Medical School. Während seiner Amtszeit als Präsident der American Association of Geriatric Psychiatry (AAGP) beteiligte er sich an der Gründung des American Journal of Geriatric Psychiatry, der wichtigsten Fachzeitschrift auf dem Gebiet der Alterspsychiatrie. Er ist ein Pionier auf dem Gebiet der Entwicklung neuer, gezielter Behandlungsmethoden für Patienten mit Hirnverletzungen.