Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

MDC-Forscher entwickeln Zellsystem, mit dem sie feinste Berührungen messen können

25.03.2014

Berührung tröstet uns. Sie ermuntert uns. Sie kann uns glücklich machen. Und sie beginnt in unserer Haut.

Genauer gesagt: In bestimmten Zellen, deren Nervenendigungen (Neuriten) sich in unserer Haut verteilen. Manche dieser Zellen sind so unfassbar sensitiv, dass es selbst Prof. Gary Lewin und Dr. Kate Poole überrascht hat, die seit Jahren die „Mechanorezeption“ der Tastempfindung erforschen.

Das Team um die beiden Wissenschaftler vom Berliner Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch hat ein System entwickelt, mit dem sich unvorstellbar kleine mechanische Reize auf eine einzige Zelle ausüben lassen (Nature Communications, doi: 10.1038/ ncomms4520)*.

Die empfindlichsten dieser Zellen „reagieren auf mechanische Veränderungen auf ihrer Oberfläche in der Größenordnung von ein paar Millionstel Millimeter“, erklärt Dr. Poole. Damit eine schmerzempfindliche Zelle „antwortet“ – sie funktioniert ähnlich wie eine mechanorezeptive Zelle – „braucht es einen erheblich stärkeren Reiz“, wie die Biologin nach den jüngsten Experimenten der MDC-Forscher betont.

Sie könnten wichtig sein, um neue Therapien für Menschen mit neuropathischen Schmerzen – etwa im Zuge einer Gürtelrose – zu entwickeln. Diese Patienten empfinden jeden kleinsten Tastreiz als qualvoll.

Die Berliner Forscher gingen nach ihren bisherigen Experimenten davon aus, dass die mechanorezeptiven Zellen für die Tastempfindung zwar entscheidend sind – aber nur im Kontext ihrer Umgebung, der sogenannten Matrix und einiger darin eingelagerter Moleküle. Denn ein Druck auf oder eine Bewegung über die Haut wirkt auf beides gleichzeitig. 

Um die Geheimnisse der Tastempfindung zu lüften, haben die Wissenschaftler erstmals ein künstliches System geschaffen, das die realen Bedingungen imitiert. Es sieht aus wie ein Nagelkissen im winzigen Maßstab von einigen tausendstel Millimetern. In diesem System lassen sich ganz feine und definierte mechanische Reize an mechanosensitive Zellen – in diesem Falle aus der Maus – setzen. Dabei können die Forscher zeitgleich die elektrische Antwort der Zelle messen. 

Es zeigt sich: Bewegt man einen der „Nägel“ dieses speziellen Nagelkissen um nur zehn Millionstel Millimeter, reagieren einige der mechanosensitiven Zellen und leiten den Reiz weiter – im intakten Organismus ans Gehirn. „Verblüffend“, wie Dr. Poole findet. Andere der mechanosensitiven Zellen sind etwas unempfindlicher. Offenbar verfügen Säugetiere über Gruppen unterschiedlich empfindlicher Tastsensoren. Schmerzsensitive Zellen aus der Haut der Maus müssen hingegen 1000 Mal stärker mechanisch gereizt werden, ehe sie aktiv werden. „Das ist auch sinnvoll“, betont Studienleiter Prof. Lewin, „sonst würden wir oft unnötig Schmerz empfinden.“

In einem zweiten Schritt wollten die MDC-Forscher wissen, welche Moleküle die deutlich unterschiedliche Empfindlichkeit von tast- und schmerzsensorischen Zellen vermitteln. Resultat: Ein Stoml3 bezeichnetes Protein steuert die variierende Sensitivität auf mechanische Reize maßgeblich. „Wenn man das Gen für Stoml3 ausschaltet“, so Dr. Poole, „verschwinden die Unterschiede in der Tastempfindlichkeit.“

Und: Stoml3 moduliert nach den Erkenntnissen der MDC-Forscher die Aktivität und Empfindlichkeit von zwei sogenannten Ionenkanälen, die in äußeren Hüllen (Membranen) vieler verschiedener Zelltypen zu finden sind. Diese Ionenkanäle heißen Piezo1 und Piezo2. Nach „starken Hinweisen“ ist Piezo2 an der Tastwahrnehmung beteiligt und leitet entsprechende Signale weiter, unter anderem „stark reguliert von Stoml3“, wie Prof. Lewin weiter erklärt. 

Zu verstehen, wie Stoml3 genau funktioniert, könnte neue Wege eröffnen, um neuropathische Schmerzen zu bekämpfen. Die Forscher wollen die hypersensitiven Tastsensoren in der Haut von Patienten blockieren. „Stoml3 ist dafür ein sehr guter Angriffspunkt“, erklärt Prof. Lewin. Das potenziell Interessante an der Entwicklung: Während etwa die Betäubungsspritze beim Zahnarzt alles Empfinden im Gewebe lahm legt, würde diese neue Therapieform nur die Umwandlung des mechanischen Reizes in elektrische Erregung bremsen. „Ansonsten könnte man weiter alles fühlen“, sagt Lewin, „Wärme, Kälte und so weiter.“

*Tuning Piezo ion channels to detect molecular-scale movements relevant for fine touch

Kate Poole1,*, Regina Herget1, Liudmila Lapatsina1, Ha-Duong Ngo2 and Gary R. Lewin1,*
Affiliations:1 Department of Neuroscience, Max-Delbrück Center for Molecular Medicine, Robert-Rössle Straße 10, D-13092 Berlin, Germany.
2Microsensor & Actuator Technology, Technische Universität Berlin, D-13355 Berlin, Germany.

Kontakt:
Barbara Bachtler
Pressestelle
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin
Tel.: +49 (0) 30 94 06 - 38 96
Fax: +49 (0) 30 94 06 - 38 33
e-mail: presse@mdc-berlin.de
http://www.mdc-berlin.de/

Barbara Bachtler | Max-Delbrück-Centrum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Polymere aus Bor produzieren
18.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Modularer Genverstärker fördert Leukämien und steuert Wirksamkeit von Chemotherapie
18.01.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

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: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten