Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einzelne lebende Zellen anzapfen

15.07.2016

Biologen interessieren sich zunehmend für das Verhalten einzelner Zellen statt für jenes ganzer Zellverbände. Eine neue Methode könnte solche «Einzel-Zell-Analysen» revolutionieren. Die Technik nutzt die kleinste Spritze der Welt, um damit den Inhalt von einzelnen Zellen aussaugen und untersuchen zu können.

Forschende der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, um einzelne lebende Zellen mit einer Mikro-Injektionsnadel anzupiksen und deren Inhalt auszusaugen. Angewandt werden kann die Technik etwa bei Zellkulturen, um das Innere der Zellen zu untersuchen.


Mit dem an der ETH Zürich entwickelten System FluidFM können Forschende unter dem Mikroskop den Inhalt einzelner lebender Zellen anzapfen. (Grafik: ETH Zürich)

Sie ermöglicht, auf molekularer Ebene Unterschiede zwischen einzelnen Zellen zu erkennen und damit auch seltene Zelltypen zu finden und zu analysieren. «Unsere Methode erweitert das Repertoire der biologischen Forschung enorm. Wir öffnen quasi ein neues Kapitel», sagt Julia Vorholt, Professorin am Departement Biologie.

So hat die Methode zahlreiche Vorteile: Es ist mit ihr möglich, einzelne Zellen einer Gewebekultur direkt in der Zellkulturschale zu beproben. «Wir können somit der Frage nachgehen, wie eine Zelle im Zellverband ihre Nachbarzellen beeinflusst», sagt Orane Guillaume-Gentil, Postdoc in der Gruppe von Vorholt. Mit bisherigen Standardmethoden wären solche Untersuchungen nicht möglich, da für molekulare Analysen die Zellen eines Verbands in der Regel voneinander getrennt, in Lösung gebracht und zerstört werden.

Beprobte Zellen bleiben am Leben

Ausserdem lässt sich die Mikronadel so genau steuern, dass die Wissenschaftler gezielt entweder den Inhalt des Zellkerns oder die den Zellkern umgebende Flüssigkeit, das Cytosol, anzapfen können. Und schliesslich können die Forschenden extrem präzis bestimmen, welche Menge Zellinhalt sie absaugen – bis auf einen Zehntel Pikoliter genau (auf einen Zehnmilliardstel eines Milliliters). Zum Vergleich: Das Volumen einer Zelle ist zehn- bis hundertmal grösser.

Mit der Mikronadel angezapfte Zellen bleiben am Leben. Dadurch können die Forschenden ein und dieselbe Zelle mehrmals beproben und deren RNA und Proteine – sowie in Zukunft möglicherweise auch Stoffwechselprodukte – analysieren. «Dass die von uns untersuchten Zellen selbst dann überlebten, als wir mit der Nadel einen Grossteil ihres Cytosols extrahierten, überraschte uns», sagt ETH-Professorin Vorholt. Dies untermaure jedoch, wie erstaunlich anpassungsfähig biologische Zellen seien.

Anwendungen erweitert

Die neue Zellextraktionsmethode basiert auf dem in den vergangenen Jahren an der ETH Zürich entwickelten Mikroinjektionssystem FluidFM, das als «kleinste Injektionsnadel der Welt» gilt. Damit konnten Biologen schon bisher Stoffe in einzelne Zellen injizieren. Ebenfalls eignete sich FluidFM und dessen Mikronadel, um Zellen mit Unterdruck sanft anzuheben und sie umzuplatzieren.

Um nun auch Stoffe aus Zellen extrahieren zu können, entwickelten Vorholt und ihre Gruppe das System weiter. «Besonders wichtig war, für die Nadel eine geeignete Beschichtung zu finden, damit sich keine Zellinhaltsstoffe darin ablagern», sagt Guillaume-Gentil. Ausserdem galt es, die Analysetechniken für die Zellinhaltsstoffe – etwa solche zur Messung der Aktivität von Enzymen – an die winzigen Messvolumen anzupassen.

Die Weiterentwicklung des Systems erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Forschern um Tomaso Zambelli, Privatdozent am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich, mit Martin Pilhofer, Professor am Institut für Molekularbiologie und Biophysik, sowie mit dem ETH-Spin-off Cytosurge, welches die FluidFM-Technik vermarktet.

Literaturhinweis

Guillaume-Gentil O, Grindberg RV, Kooger R, Dorwling-Cater L, Martinez V, Ossola D, Pilhofer M, Zambelli T, Vorholt JA: Tunable single-cell extraction for molecular analysis. Cell 2016, 166: 506-516,doi: 10.1016/j.cell.2016.06.025 [http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.025]

News und Medienstelle | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise