Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser messen Elastizität von Zellen

28.02.2003


Die Forschergruppe um Dr. Jochen Guck, Nachwuchsgruppenleiter am Lehrstuhl für die Physik weicher Materie an der Universität Leipzig, ist dabei, die Steifigkeit von Zellen als neuartigen Zellmarker für biomedizinische Anwendungen zu etablieren.


Die Kammer, in der sich Zellfluss und Laserstrahl kreuzen


Krebszellen verformen sich stärker als gesunde



Die Forschergruppe um Dr. Jochen Guck, Nachwuchsgruppenleiter am Lehrstuhl für die Physik weicher Materie an der Universität Leipzig, ist dabei, die Steifigkeit von Zellen als neuartigen Zellmarker für biomedizinische Anwendungen zu etablieren. Mit Hilfe eines "Optischen Streckers" können die Wissenschaftler in rascher Folge Hunderte von Zellen ausmessen und, anhand der gemessenen Elastizität, krebsartige von normalen Zellen unterscheiden. Damit könnten Biopsien überflüssig werden. Für seine Arbeiten wurde der junge Wissenschaftler jetzt ausgezeichnet.



Jetzt erhielt Dr. Jochen Guck einen Preis für seine Arbeit: "Young Scientist Award for biomedical Photonics". Er ist gestiftet von Hamamatsu Corporation und dem Deutschen Krebsforschungszentrum, Heidelberg. Der mit 1000Euro dotierte Preis wird vergeben im Rahmen des Symposiums on Cancer and Photonics, das gerade in Heidelberg stattfand. Ausgezeichnet werden junge Wissenschaftler, deren Arbeiten zu Krebserkennung oder -diagnose mit photonischen Verfahren (alles, was mit Licht zu tun hat) in den letzten zwei Jahren veröffentlicht wurden. Besonders hoch bewertet werden neue, innovative Ansätze und Herangehensweisen an das Problem. Gucks Beitrag wurde von der internationalen Jury einstimmig gewählt. Die neue Methode, Krebszellen nachzuweisen, stellen wir im folgenden näher vor:

"Der Optische Strecker ermöglicht es uns, nach kranken Zellen zu ’fühlen’ und nicht nur nach ihnen zu schauen", erklärt Dr. Guck. Kranke Zellen sind häufig weicher als gesunde Zellen. Außerdem unterscheiden sich Zelltypen nach ihrer Verformbarkeit. Krebszellen z.B. sind zwischen 2 und 10 mal weicher als gesunde Zellen und verformen sich unter dem Einfluss des Laserstrahls deutlich stärker als gesunde Zellen. Diese Eigenschaft macht sich das System des optischen Streckens zunutze.

Der optische Strecker verwendet zwei gegenläufige Laserstrahlen, um einzelne Zellen bei niedriger Lichtleistung einzufangen (10-100 mW). Dazu werden Zellen in einer Art Kammer, die Physiker nennen sie mikrofluidische Flusskammer, durch eine spezielle Rinne geleitet. Durch eine zweite Rinne, die die Zellrinne kreuzt, wird ein Laserstrahl geschickt, zunächst bei der genannten niedrigen Lichtleistung. Dabei sind die Laserstrahlen senkrecht in den Flusskanal gerichtet, der die Zellsuspension enthält. Die Zellen werden eingefangen, wenn sie im Flusskanal durch die Laserstrahlen fliessen. Wenn die Lichtleistung erhöht wird (100 mW-1.5 W) werden die Zellen je nach Zelltyp unterschiedlich weit auseinandergezogen. Die gesunde Zelle ändert sich kaum, die kranke Zelle verformt sich deutlich.

Der Clou ist, dass für das Testen der Zellen keine ganzen Gewebeschichten benötigt werden, sondern nur einzelne Zellen, die mit Hilfe von Punktionen oder Abstrichen gewonnen werden können. Die Zellen werden dann mit einer Nährlösung verdünnt. Im Ergebnis könnten viele Biopsien überflüssig werden. Außerdem sterben die Zellen bei der Prozedur nicht ab. Die Kombination der Optischen Streckers mit einer mikrofluidischen Flusskammer erlaubt es, Hunderte von Zellen pro Stunde zu analysieren. Danach können die Zellen je nach Verformungsergebnis aussortiert werden.

Es gibt auch andere Geräte, wie z.B. Flusszytometer, die eine grosse Zahl von Zellen pro Sekunde analysieren können. Ihre Methoden beruhen jedoch auf visueller Information und benötigen eine spezielle Vorbehandlung der Zellen. "Bei diesen Methoden muss man vorher schon wissen, wonach man eigentlich sucht. Mit dem Optischen Strecker können wir dagegen eine inhärente Eigenschaft der Zellen, nämlich ihre Steifigkeit, als Auswahlkriterium verwenden", erklärt Dr. Guck.

Es gibt auch Methoden, mit denen man die Elastizität von einzelnen Zellen bestimmen kann, wie z.B. Mikropipettenaspiration, magnetische und optische Pinzetten, und Kraftmikroskopie. Deren wesentlicher Nachteil aber ist, dass man nur wenige Zellen pro Tag messen kann, womit diese Methoden für Diagnosezwecke völlig ungeeignet sind.

"Momentan arbeitet meine Gruppe mit Ärzten des Universitätsklinikums Leipzig an Versuchen, in denen die grundlegenden mechanischen Eigenschaften von Zellen aus verschiedenen Gewebetypen etabliert werden sollen, anhand derer wir dann kranke Zellen entdecken und Krankheiten diagnostizieren können", so Dr. Guck weiter.

Der Optische Strecker ist das Ergebnis von Gucks Promotion bei Prof. Josef Käs am Zentrum für nichtlineare Dynamik der Universität von Texas in Austin. Dr. Guck kam gemeinsam mit Prof. Käs vor ca. einem Jahr an die Universität Leipzig und setzt hier seine Arbeiten fort. Auf den bevorstehenden Jahresversammlungen der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft (APS) und der Biophysikalischen Gesellschaft (Biophysical Society) im März wird Dr. Guck wird seine neuesten Forschungsergebnisse präsentieren und an einer Pressekonferenz teilnehmen.

Dr. Bärbel Adams | idw

Weitere Berichte zu: Elastizität Laserstrahl Lichtleistung Steifigkeit

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neuer Blue e+ Chiller von Rittal - Exakt regeln und effizient kühlen

25.04.2017 | HANNOVER MESSE

RWI/ISL-Containerumschlag-Index: Kräftiger Anstieg setzt sich fort

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen

Pharmacoscopy: Mikroskopie der nächsten Generation

25.04.2017 | Medizintechnik