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 Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!
22.09.2017 | Bergische Universität Wuppertal

nachricht Tanzende Elektronen verlieren das Rennen
22.09.2017 | Universität Bielefeld

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie