Sortering af syge fra raske blodlegemer - fysikere opdager ny effekt

Ved mange sygdomme som malaria eller kræft, syge og sunde blod- og kropsceller adskiller sig i deres hårdhedsgrad. Nu, de kan let adskilles fra hinanden ved en ny fysisk effekt. I processen, strømning gennem mikrokanaler sikrer, at cellerne adskilles i strømme af hårdere og blødere celler. Dette er nu blevet opdaget af et internationalt forskerhold ledet af Bayreuth -fysikeren Prof. Dr. Walter Zimmermann. I journalen Fysisk gennemgangsbreve , forskerne præsenterer deres grundlæggende fund og demonstrerer deres potentiale for medicinske anvendelser.

Mikrokanaler har små diametre på mellem kun 10 og 500 mikrometer. Når blodlegemer, kropsceller eller bløde kapsler i strømmen af ​​en vandig væske ledes gennem sådanne rør med lige vægge, de sættes i roterende bevægelse af strømmen. På denne måde bevæger de sig mod midten af ​​røret som om mod en imaginær tiltrækningslinje ("attractor"). Denne linje bliver derefter den vej, langs hvilken alle partiklerne bevæger sig - uanset deres hårdhed eller størrelse. Forskningsgrupper ved universiteterne i Bayreuth og Grenoble fandt forklaringen på dette fænomen for flere år siden:Den afgørende faktor her er, at bløde partikler ændrer deres form under påvirkning af tryk- og strømningsforholdene inde i røret. "Vi var derfor nysgerrige efter at se, hvordan bløde partikler opfører sig, når de vandrer i de strømme, der opstår i mikrokanaler med bølgende vægge. Disse rør er af symmetrisk form, fordi de har en lige længdeakse, men deres diameter bliver skiftevis mindre og større. Det var aldrig før blevet undersøgt, hvordan partiklers vandrende bevægelser ændres under disse forhold, "rapporterer Zimmermann.

Et nyt projekt af de to forskningsgrupper i Bayreuth og Grenoble og Jülich Research Center har nu ført til nogle overraskende resultater:I rørene med bølgede vægge, der er ikke kun en attraktionslinje i midten af ​​røret, men der dannes også to andre attraktionslinjer. Disse løber parallelt med væggene, mellem midten af ​​røret og de to vægge, og er også bølgeformede. Blødere kapsler bevæger sig mod midten af ​​røret i strømmen, og fortsætter på deres vej langs denne længdeakse. Hårdere kapsler, på den anden side, omdirigeres mod de bølgede tiltrækningslinjer.

"På grundlag af denne grundlæggende fysiske opdagelse, vi ønskede at finde ud af, om ansøgninger om medicin kunne udledes, og har undersøgt adfærden hos hårdere og blødere røde blodlegemer, "siger Winfried Schmidt, cand. doktorand i eliteuddannelsen Biologisk fysik i Bayreuth. Der er mange sygdomme, såsom malaria, kræft eller diabetes mellitus, som får hårdheden i de røde blodlegemer til at ændre sig. Afhængigt af sygdommen, syge blodlegemer er enten hårdere eller blødere end raske blodlegemer. Det viste sig, at i alle disse tilfælde kan syge og raske celler adskilles ved hjælp af den samme enkle procedure:De rejser i mikrokanalen til forskellige tiltrækningslinjer og kan opsamles separat i enden af ​​røret. På denne måde, det vil sandsynligvis være muligt at drage konklusioner om en sygdoms sværhedsgrad sammen med andre egenskaber.

Yderligere potentielle anvendelser skyldes, at ikke kun hårdere og blødere, men også større og mindre bløde partikler kan adskilles på denne måde:Mindre partikler bevæger sig langs længdeaksen, hvorimod større partikler følger det bølgede, ydre tiltrækningslinjer.

De nu offentliggjorte fund er et eksempel på, hvor meget grundforskning i fysik der drives af moderne computere og mainframes. "Vi har opnået vores resultater gennem teoretiske overvejelser og beregninger samt gennem computersimuleringer. Fysisk gennemgangsbreve , en af ​​verdens førende fysikblade, fandt vores undersøgelse så overbevisende, at den blev accepteret til offentliggørelse selv uden eksperimentel test, "siger første forfatter Matthias Laumann cand. Ph.d. studerende ved University of Bayreuth. "Vi ville blive glade, hvis vores publikation stimulerede eksperimenter, hvor andre forskergrupper opdagede yderligere spændende potentielle applikationer, både inden for medicin og videre, "tilføjer Zimmermann.