Zellen in Bewegung

Zellen formen und mikroskopieren

Die Materialwissenschaftlerin Ljubomira Schmitt und der Biologe Tobias Meckel haben ein Gerät gerät entwickelt, mit dem sich Zellen ziehen und stauchen und parallel mikroskopieren lassen. Die Technik könnte Medikamententests verbessern und manchen Tierversuch erübrigen.

Demonstrator mit zwei Aktoren zur Ansteuerung einer Gerüststruktur mit Zellen in Nährlösung. (Bild: Katrin Binner)

Unsere Körperzellen sind ständig in Bewegung. Selbst wenn wir auf dem Sofa liegen, pumpt das Herz Blut durch unsere Adern, knetet der Magen-Darm-Trakt unsere Mahlzeiten durch, hebt und senkt sich der Brustkorb beim Atmen. Während sich Muskelzellen dabei aktiv bewegen, werden die Zellen unseres Bindegewebes passiv gedehnt oder gestaucht. „Ruhe herrscht in diesem Sinne eigentlich nur im Innern der Knochen und im Gehirn“, sagt Tobias Meckel, Privatdozent im Fachbereich Biologie und Leiter des Forschungsgebiets Membrandynamik.

Bewegungsreize fördern die korrekte Vernetzung der Zellen untereinander und mit ihrer Umgebung, denn sie liefern den Zellen wichtige Informationen über ihre Position und Ausrichtung. Bewegung, egal ob aktiv oder passiv, beeinflusst die Entwicklung, das Wachstum und das Verhalten von Zellen. „Kultiviert man undifferenzierte Herzmuskelzellen unter einem bestimmten Bewegungsreiz, entwickeln sie sich zu funktionalem Herzmuskelgewebe – fehlt der Reiz oder ist er zu stark, bildet sich Bindegewebe“, erklärt Meckel. Es ist daher erstaunlich, dass Zellversuche– die in der biologischen Grundlagenforschung ebenso unerlässlich sind wie in der Kosmetik-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie – meist an ruhenden Zellkulturen durchgeführt werden.

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Zwar achten Biowissenschaftler bei Experimenten mit lebenden Zellen penibel auf die Zusammensetzung des Nährmediums, auf den pH-Wert und die Temperatur. Zudem setze sich langsam die Erkenntnis durch, dass 3D-Zellkulturen die Vorgänge in unserem Körper besser simulieren als die üblicherweise verwendeten 2D-Kulturen, sagt Meckel. Der Parameter Bewegung aber spiele in den meisten Zellversuchen noch keine Rolle. Das könnte sich dank einer Erfindung von Meckel und seiner Kollegin Ljubomira Schmitt bald ändern. Sie entwickeln ein Gerät, mit dem dreidimensional kultivierte Zellen kontrollierten Bewegungsreizen ausgesetzt und dabei gleichzeitig mikroskopiert werden können.

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