Forskere udvikler et strækkestativ til celler

Cellernes adfærd styres af deres omgivelser. Udover biologiske faktorer eller kemiske stoffer, fysiske kræfter såsom tryk eller spænding er også involveret. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og Heidelberg Universitet udviklede en metode, der sætter dem i stand til at analysere indflydelsen af ​​eksterne kræfter på individuelle celler. Ved hjælp af en 3-D printproces, de producerede mikrostilladser, som hver har fire søjler, hvorpå en celle er placeret. Udløst af et eksternt signal, en hydrogel inde i stilladset svulmer og skubber søjlerne fra hinanden, så cellen skal "strække sig". Værket er en del af "3-D Matter Made to Order" (3DMM2O) Cluster of Excellence. Forskerne rapporterer om deres resultater i Videnskabens fremskridt .

Mange cellulære biologiske processer, sårheling eller udvikling af væv, er stærkt påvirket af egenskaberne i deres miljø. Celler reagerer, for eksempel, til biologiske faktorer eller kemiske stoffer. Imidlertid, forskning fokuserer i stigende grad på fysiske kræfter, der virker på cellerne:Hvordan tilpasser cellerne sig præcist til disse kræfter?

Inden for rammerne af det tysk-japanske universitetskonsortium HeKKSaGOn og i samarbejde med australske videnskabsmænd, 3DMM2O-teamet har taget en særlig genial tilgang til dette spørgsmål. Til produktionen af ​​deres celle "strække stativer" brugte de "direkte laserskrivning, " en speciel 3-D printproces, hvor en computerstyret laserstråle fokuseres ind i en speciel printerblækvæske. Dens molekyler reagerer kun på de udsatte områder og danner et fast materiale der. Alle andre områder forbliver flydende og kan vaskes væk "Dette er en etableret metode i vores Cluster of Excellence til at bygge tredimensionelle strukturer - på mikrometerskalaen og derunder, " forklarer Marc Hippler fra KIT Institute of Applied Physics, hovedforfatter af publikationen.

I den aktuelle sag, forskerne brugte tre forskellige printerblæk:Det første blæk, lavet af proteinafvisende materiale, blev brugt til at danne selve mikrostilladset. Ved at bruge et andet blæk af proteintiltrækkende materiale, de producerede derefter fire vandrette stænger, der er forbundet med hver en af ​​stilladsstolperne. Cellen er forankret til disse fire stænger. Den rigtige showstopper, imidlertid, er det tredje blæk:Forskerne brugte det til at "printe" en masse inde i stilladset. Hvis de derefter tilføjer en speciel væske, hydrogelen svulmer. Den udvikler således en kraft, der er tilstrækkelig til at flytte søjlerne - og stængerne med dem. Det her, på tur, har den effekt at strække cellen, der er fastgjort til stængerne.

Celler modvirker deformation

Forskerne fra Cluster of Excellence placerede to helt forskellige celletyper på deres mikrostrækningsstativ:humane knogletumorceller og embryonale museceller. De fandt ud af, at cellerne modvirker de ydre kræfter med motorproteiner og dermed i høj grad øger deres trækkræfter. Når den ydre strækkraft fjernes, cellerne slapper af og vender tilbage til deres oprindelige tilstand. "Denne adfærd er en imponerende demonstration af evnen til at tilpasse sig et dynamisk miljø. Hvis cellerne ikke var i stand til at komme sig, de ville ikke længere opfylde deres oprindelige funktion - for eksempel sårlukning, " siger professor Martin Bastmeyer fra KIT's Zoologiske Institut.

Som holdet yderligere opdagede, et protein kaldet NM2A (non-muscle myosin 2A) spiller en afgørende rolle for cellernes respons på mekanisk stimulering:Genmodificerede knogletumorceller, der ikke kan producere NM2A, var knap nok i stand til at modvirke den eksterne deformation.

Arbejdet i klyngen af ​​ekspertise blev udført af Heidelberg-forskere fra området for biofysisk kemi samt fysik og celle- og neurobiologi fra KIT. Medlemmer af det tysk-japanske universitetskonsortium HeKKSaGOn omfatter, blandt andre, Heidelberg Universitet, Karlsruhe Institute of Technology og Osaka University.