Kraftmesser für lebende Zellen

Molekulares Kraftmikroskop eröffnet einen neuen Blick auf die Dynamik biologischer Zellprozesse
Schema eines molekularen Kraftmikroskops: Die Bewegungen einer lebenden Zelle verformen künstliche DNA-Stränge wie winzige Federn. Als Ergebnis entsteht eine Art Landkarte der wirkenden Zellkräfte.
Schema eines molekularen Kraftmikroskops: Die Bewegungen einer lebenden Zelle verformen künstliche DNA-Stränge wie winzige Federn. Als Ergebnis entsteht eine Art Landkarte der wirkenden Zellkräfte.
© K. Salaita et al. Emory University
Atlanta (USA) - Wenn lebende Zellen sich bewegen, üben sie winzige Kräfte aus. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung ganzer Organismen, bei der Zellteilung oder auch beim Wachstum von Tumoren. Amerikanische Biophysiker konnten diese Kräfte nun mit einem neu konzipierten Mikroskop im Detail aufzeichnen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Methods“ berichten, erlaubt ihre Methode mit hoher räumlicher Auflösung einen genaueren Einblick in die biomolekularen Prozesse von Zellen.

„Mit unserem Ansatz können wir Richtung und Stärke der molekularen Kräfte in Zellen detailliert analysieren“, sagt Khalid Salaita von der Emory University in Atlanta. Gemeinsam mit seinen Kollegen nutzte er eine spezielle Art eines Kraftmikroskops. Auf der Tastfläche des Mikroskops deponierten sie in Abständen von einigen Dutzend Nanometern künstliche DNA-Erbgutstränge. Diese ließen sich im Kontakt mit der Oberfläche einer lebenden Zelle wie winzige Federn dehnen oder zusammendrücken. Zum Nachweis dieser Kräfte befanden sich an den DNA-Strängen fluoreszierende Moleküle, die abhängig von der Auslenkung der DNA-Ketten mal mehr, mal weniger Fluoreszenzlicht aussendeten.

Diese Lichtsignale konnten die Forscher mit empfindlichen Detektoren auffangen. Die Stärke der Signale ließ sich als Maßstab für die von der Zelle ausgeübten Kräfte nutzen. In ersten Versuchen mit Zellen von Menschen oder Mäusen konnten mit dem molekularen Kraftmikroskop die Bewegungen der Zelle wie auf einer winzigen Landkarte aufgezeichnet werden. Die in unterschiedlichen Richtungen wirkenden Kräfte rangierten in der Größenordnung von nur wenigen Pikonewton.

„Mit dieser Methode können Biologen die Ausrichtungen der Kräfte analysieren und daraus schließen, wie sich die Zelle fühlt oder auf Prozesse in der Umgebung reagiert“, sagt Salaita. Auch die Abläufe des Immunsystems oder die Dynamik von Krebszellen könnten mit dieser bisher ungewöhnlichen Methode untersucht werden. Es ist nicht ausgeschlossen, dass solche Messungen neue Einblicke in die Entwicklung von Zellen liefern werden.

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