Gedränge in den Blutgefäßen

Weiße Blutzellen oder Leukozyten gelangen über die Blutbahnen in jeden Winkel unseres Körpers. Sie sind dafür zuständig, unerwünschte Stoffe unschädlich zu machen, zum Beispiel krankmachende Bakterien. Erkrankte Gewebe senden dazu einen Botenstoff an die Leukozyten, der die zunächst kugelrunden Zellen veranlasst, ihre Form zu ändern, um durch enge Öffnungen in den Blutgefäßen dorthin gelangen zu können, wo sie benötigt werden. Doch wie gelangen die Zellen überhaupt zu den Gefäßwänden, obwohl sie keinen aktiven Antrieb besitzen? Mit Hilfe aufwendiger Computersimulationen gelang es Jülicher Forschern, diese umstrittene Frage nun zu beantworten.

Demnach werden die Leukozyten rein passiv an den Rand des Teilchenstroms in den Blutgefäßen befördert. Damit dies passiert, sind mehrere Faktoren wichtig: die Konzentration roter Blutzellen, die durch den sogenannten Hämatokrit-Wert angegeben wird, die Form und Größe der Zellen sowie die Fließgeschwindigkeit.

Die weißen Blutzellen kommen vergleichsweise selten vor und sind rund und starr. Viel häufiger sind die roten Blutkörperchen. Sie sind etwas kleiner und diskusförmig. Diese Form führt dazu, dass bei bestimmten Hämatokrit-Werten und Fließgeschwindigkeiten, wie sie bei gesunden Menschen in den kleinen Verästelungen der Venen typisch sind, die roten Blutkörperchen überwiegend in der Mitte der Blutgefäße strömen und die weißen Blutzellen an den Rand drängen. So sind diese stets in Reichweite von Ankerproteinen in den Gefäßwänden, die bei Bedarf an die Leukozyten andocken und sie stoppen können.

Den Jülicher Physikern gelang es durch dreidimensionale Computersimulationen erstmals, dieses Phänomen auch zu quantifizieren. So konnten sie berechnen, ab wann Probleme auftauchen können, etwa bei zu hohem oder zu niedrigem Hämatokrit-Wert oder bei falscher Fließgeschwindigkeit, wie sie etwa bei Kranken vorkommen kann. Die Methode ermöglicht auch Vorhersagen, wie leicht Zellen ähnlicher Größe, zum Beispiel Tumorzellen, bei verschiedenen Kapillardurchmessern, Viskositäten oder Fließgeschwindigkeiten an die Gefäßwände gelangen können.

Diese Erkenntnisse, die die renommierte Fachzeitschrift Soft Matter gerade als eine der interessantesten Veröffentlichungen des Jahres ausgezeichnet hat, können hilfreich für die Entwicklung von Mikrofluidik-Anwendungen sein, etwa für die Diagnostik von Krankheiten wie zum Beispiel Malaria.