Kraftmessungen an einzelnen Zellen

Wie sich in den vergangenen Jahren herausgestellt hat, sind Kräfte und mechanische Eigenschaften für biologische Zellen genauso wichtig wie traditionelle bio-chemische Faktoren. Biophysiker der Uni Göttingen haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie die mechanischen Eigenschaften einer einzelnen Zelle sowie die von ihr erzeugten Kräfte höchst präzise im Piconewton-Bereich messen können. Die Wissenschaftler beschreiben in ihrer Studie einen Messaufbau, der auf zwei optischen Pinzetten beruht, mit denen eine lebende Zelle zwischen zwei kleinen Kugeln „aufgehängt“ (adhäriert) ist. Die beiden Kugeln, an denen die Zelle haftet, dienen sowohl dazu, Kräfte auf die Zelle auszuüben, als auch die von der Zelle generierten Kräfte aufzunehmen.

„Hiermit ist es nun möglich einzelne Zellen in einer idealisierten 3D-Geometrie zu vermessen, ohne die sonst in der Zellkultur und der Mikroskopie übliche Adhäsion und Zellausbreitung auf 2D-Oberflächen wie Glas oder Plastik“, sagt Florian Rehfeldt vom Dritten Physikalischen Institut. Damit wollen die Forscher nun die grundlegenden Mechanismen der zellulären Kraftgeneration und der Einfluss von mechanischen Eigenschaften auf das Zellverhalten aufklären. Die Arbeiten, die auch im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 937 „Kollektives Verhalten weicher und biologischer Materie“ gefördert werden, zielen darauf ab, den Zusammenhang von kraft-generierenden Strukturen in Zellen und ihre Übertragung an die Umgebung aufzuzeigen.

„Mit der nun veröffentlichten Methode und verschiedenen bio-chemischen Wirkstoffen konnten wir zeigen, dass sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die erzeugten Kräfte hauptsächlich durch Myosin-II, eine Klasse von molekularen Motoren, bestimmt werden“, so Rehfeldt. Myosine sind Proteine, die zum Beispiel in der Skelettmuskulatur vorkommen und essentiell für die Muskelkontraktion sind.

GAU / OD