Wenn die Zelle zur Flüssigkeit wird

Charakteristische Materialeigenschaften revolutionieren Krebsdiagnose und Stammzellforschung

Physiker der Universität Leipzig haben eine für Krebsdiagnose und Stammzellbiologie richtungweisende Entdeckung gemacht: Durch Laser induzierte Verformung von Zellen identifiziert Krebszellen und Stammzellen.

Physiker der Forschergruppe um Dr. Jochen Guck vom Institut für Experimentelle Physik der Universität Leipzig entwickelten einen sogenannten „Optical Stretcher“ oder „optischen Strecker“ zur Identifizierung von Krebs- und Stammzellen. Der Optical Stretcher nutzt zwei gegenläufige Laserstrahlen, um Kräfte auf einzelne biologische Zellen auszuüben. Diese Kräfte führen zu einer Verformung der Zelle.

Je weicher oder flüssiger eine Zelle ist, desto mehr kann sie verformt werden. Dabei hat sich gezeigt, dass das Verformungsverhalten charakteristisch für unterschiedliche Zellen ist und man dadurch auf den Gesundheitszustand der Zellen schließen kann. So sind z.B. Krebszellen umso verformbarer, je weiter das Stadium des Krebses fortgeschritten ist. Besonders erstaunlich ist, dass man nur ganz wenige Zellen prüfen muss, um zu einem aussagekräftigen Untersuchungsergebnis zu kommen.

Die gewonnen Erkenntnisse könnten beispielsweise bei der flächendeckenden Diagnose von oralen Tumoren breite Anwendung finden. Da nur wenige Zellen benötigt werden, könnten beim jährlichen Zahnarztbesuch Gewebeproben einfach mit einem Bürstchen von der Oberfläche einer verdächtigen Stelle im Mundraum abgebürstet und untersucht werden, ohne dass eine Operation notwendig ist. Ein ähnlicher Ansatz besteht prinzipiell für alle Krebsarten.

Die Technologie eröffnet ebenfalls die Möglichkeit, adulte Stammzellen, die es im Körper in großer Anzahl gibt, gezielt zu klassifizieren und anschließend zu sortieren. Adulte Stammzellen können sich zu bestimmten Zelltypen differenzieren und deren Funktionen ausüben. Sie sind oft schwer zu finden und schwer von Vorläuferzellen abzugrenzen. Die Technik der Arbeitsgruppe um Dr. Guck nutzt die Eigenschaft der Stammzellen, verformbarer als reifere Zellen zu sein. Dadurch können sie mit dem Optical Stretcher unterschieden werden. Dazu ist keine Vorbehandlung der Zellen notwendig, was schneller und billiger und schonender für die Zellen ist. Das macht das Verfahren attraktiv für die zellbasierte regenerative Medizin, die adulte Stammzellen für die Therapie vormals unheilbarer Krankheiten wie Parkinson und Diabetes oder Rückenmarksverletzungen einsetzt.

Die Resultate aus dieser Forschung erscheinen demnächst in den renommierten wissenschaftlichen Journalen Physical Review Letters (März 2005), Biophysical Journal (Mai 2005) und Acta Biomaterialia (Mai 2005).