Kraftmikroskopie in drei Dimensionen

Metastasen entstehen, wenn sich Tumorzellen vom Ursprungstumor ablösen und durch das Bindegewebe der Organe in benachbarte Regionen wandern.

Bei dieser Wanderung erzeugen die Tumorzellen mechanische Kräfte, um den Widerstand des Bindegewebes zu überwinden oder um sich selbst so zu verformen, dass sie auch durch sehr kleine Poren passen.

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Methods haben Physiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) eine Methode beschrieben, mit der diese mechanischen Zellkräfte gemessen werden können.*

Julian Steinwachs und Kollegen vom Lehrstuhl für Biophysik der FAU benutzten bei ihren Untersuchungen ein künstliches Bindegewebe aus Kollagen, welches in seiner chemischen Zusammensetzung, Struktur und anderen Materialeigenschaften der natürlichen Matrix von Organen ähnelt.

Die Idee der Wissenschaftler bestand darin, die Deformation der Bindegewebsregion um die einwandernden Tumorzellen herum genau zu vermessen. Ist die Elastizität des Bindegewebes bekannt, können dann anschließend wie bei einer Federwaage die Kräfte berechnet werden.

Eine besondere Herausforderung für die Wissenschaftler war die ausgeprägte Nichtlinearität von Bindegewebe: Bei kleinen Kräften ist es zunächst weich, bei größeren Kräften aber versteift es sich und verhindert so eine Zerstörung des Gewebes.

Auch Tumorzellen, so die Erkenntnis der Wissenschaftler, können mit ihren Kräften das Bindegewebe versteifen. Einen Teil der Kräfte verwenden die Tumorzellen außerdem dafür, sich in die Länge zu ziehen. Dadurch gelingt es ihnen, mit beachtlicher Geschwindigkeit auch durch sehr kleine Poren des Bindegewebes zu wandern.

Mit dem Verfahren wollen die Forscher in Zukunft untersuchen, wie sich die Zellkräfte von unterschiedlich aggressiven Tumorarten unterscheiden.

*doi: 10.1038/nmeth.3685

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