Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen

22.02.2017

Physiker der Universität Bielefeld entwickeln neue Methode für Mikroskopie

Wie entwickeln sich Tumore? Und wie wandeln Bakterien harmlose Substanzen in medizinische Wirkstoffe um? Wenn Biophysiker verstehen wollen, was in lebenden Zellen vorgeht, müssen sie Farbstoffe oder andere Fremdmoleküle hineinbringen. Um die Zellwand zu überwinden, ohne die Zelle dauerhaft zu beschädigen, gibt es mehrere Ansätze. Physiker der Universität Bielefeld haben ein besonders schonendes Verfahren dafür entwickelt: die Nanoinjektion.


Eine Glaspipette injiziert leuchtfähige Moleküle in eine Nierenzelle (Bild links). Wenige Sekunden später leuchten die Moleküle und lassen neue Details erkennen (Bild rechts).

Foto: Universität Bielefeld


Dr. Simon Hennig hat die Nanoinjektion entwickelt. Dank des neuen Verfahrens überleben neun von zehn Zellen, wenn sie für mikroskopische Untersuchungen vorbereitet werden.

Foto: Universität Bielefeld

In einer neuen Studie im Forschungsjournal „Scientific Reports“ des Nature-Verlags zeigen sie, dass bei dieser Methode neun von zehn Zellen die Injektion von Fremdmolekülen überleben.

Eine der bekanntesten Methoden für die Untersuchung von bakteriellen, pflanzlichen und tierischen Zellen ist die Fluoreszenzmikroskopie. Bei dieser Methode werden mit Hilfe von Farbstoffmolekülen Proteine oder andere Strukturen einer Zelle markiert, die untersucht werden sollen. Die Moleküle sind fluoreszierend. Sie leuchten, wenn sie mit Licht angeregt werden und damit leuchten auch die markierten Strukturen der Zelle.

„Die Methode funktioniert sehr gut an fixierten, also nicht lebenden Zellen“, sagt Professor Dr. Thomas Huser, Leiter der Forschungsgruppe Biomolekulare Photonik. „Das Problem ist allerdings, dass viele Erkenntnisse nur mit lebenden Zellen gewonnen werden können.“

Dr. Simon Hennig ergänzt: „Lebende Zellen wehren das Eindringen der meisten Fluoreszenzmarker ab.“ Der Physiker forscht in Husers Gruppe. Um auch solche gewöhnlich abgewehrten Marker in die Zelle zu bekommen, hat er die Nanoinjektion entwickelt: Mit einer winzigen hohlen Glaspipette kann er damit die „Leuchtmoleküle“ in einzelne Zellen einbringen lassen.

Das Verfahren ist computergesteuert, ein speziell für die Nanoinjektion entwickeltes Gerät führt die Pipette in die Zelle ein. Anders als bei der herkömmlich verwendeten Mikroinjektion ist hier die Spitze der Glaskapillaren deutlich kleiner. Außerdem verhindert das Verfahren, dass die Zelle bei der Injektion vergrößert wird, da nur die Moleküle, nicht aber die Flüssigkeit in der Pipette mit übertragen wird. „Dabei ist die Methode so präzise, dass die Moleküle sogar in den Zellkern einer Zelle eingebracht werden können“, sagt Hennig.

Die neue Studie belegt, dass die Methode die Injektion vieler Marker-Sorten ermöglicht und dass sie von den Zellen sehr gut vertragen wird. „Dieser Nachweis war nötig, weil bisherige Techniken wie die Mikroinjektion die Zellen so stark belastet haben, dass die meisten von ihnen die Behandlung nicht überlebten“, sagt Hennig. Sein Kollege Matthias Simonis testete die Nanoinjektion an mehr als 300 Zellen und verglich das Ergebnis mit dem der Mikroinjektion. Das Fazit: 92 Prozent der Zellen überlebten die Nanoinjektion im Gegensatz zu 40 Prozent bei der Mikroinjektion.

„Die Auswertungen haben auch belegt, dass die Zellen nach der Nanoinjektion ein normales Teilungsverhalten zeigten“, sagt Hennig. Das Teilungsverhalten ist dem Physiker zufolge nicht nur ein Anzeichen für den gesunden Zustand der Zelle. Es eröffnet auch neue Möglichkeiten für Experimente. So lässt sich ein negativer Einfluss der Injektion von vornherein ausschließen. Die Forscher können also die injizierten Zellen untersuchen, ohne sich zusätzliche Gedanken über den Effekt der Injektion machen zu müssen. Hennig schätzt die Nanoinjektion als besonders chancenreich ein, um zum Beispiel zu untersuchen, wie einzelne Zellen miteinander reagieren.

Originalveröffentlichung:
Matthias Simonis, Wolfgang Hübner, Alice Wilking, Thomas Huser & Simon Hennig: Survival rate of eukaryotic cells following electrophoretic nanoinjection. Nature Publishing Group, http://dx.doi.org/10.1038/srep41277, veröffentlicht am 25. Januar 2017

Kontakt:
Dr. Simon Hennig, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-5434
E-Mail: shennig@physik.uni-bielefeld.de

Weitere Informationen:

http://www.physik.uni-bielefeld.de/biopho/index.php/en/research/live-cell-micros... Beschreibung der Nanoinjektion
http://scienceblogs.de/diekleinendinge/2017/01/27/der-sanfte-stich „Der sanfte Stich“

Jörg Heeren | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Biophysik - Blitzlicht aus der Nanowelt
24.04.2018 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

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: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Bestrahlungserfolg bei Hirntumoren lässt sich mit kombinierter PET/MRT vorhersagen

24.04.2018 | Medizintechnik

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics