Ketten und Pyramiden aus Zellen

Mit „optischen Pinzetten“ lassen sich einzelne Zellen zu dreidimensionalen Strukturen zusammenbauen

Genau definierte Mikro-Aggregate aus lebenden Zellen sind für verschiedene Bereiche interessant, beispielsweise für analytische Systeme, in denen die Zellen als Sensoren genutzt werden. In der biochemischen Grundlagenforschung können sie der Untersuchung von Vorgängen wie Signalübertragung, Adhäsion und Wachstum von Zellen dienen. Besonders dreidimensionale Mikrostrukturen lassen sich jedoch nur schwer gezielt erzeugen.

Harvard-Forschern um George M. Whitesides ist es nun gelungen, genau definierte zwei- und dreidimensionale Mikrostrukturen aus einzelnen Zellen und Polystyrol-Mikrokügelchen aufzubauen. Die dazu herangezogene Methode nennt sich „Mikrofabrikation mit Licht“. Dabei werden die Zellen und Kügelchen mit so genannten „optischen Pinzetten“ festgehalten und präzise aneinander gefügt.

Licht als Pinzette, das hört sich zunächst seltsam an. In der Tat haben wir im Alltag noch nicht erlebt, dass Licht eine Kraft auf uns oder einen Gegenstand ausüben kann. Bei derart winzigen Objekten wie biologischen Zellen reichen aber die winzigen Kräfte der Lichtquanten aus, um sie wie mit einer richtigen Pinzette festzuhalten und sogar zu bewegen. Benötigt wird ein stark fokussierter Laserstrahl. Trifft er auf eine einzelne, optisch transparente Zelle, wird der Strahl daran wie an einer Linse gebrochen. Die Richtung der Lichtquanten ändert sich. Dabei wird eine Kraft auf die Zelle ausgeübt, die dafür sorgt, dass sie im Zentrum des Laserstrahls festgehalten wird. Wird der Strahl bewegt, bewegt sich die Zelle mit, sie ist gefangen. Die „Pinzetten“ sind dabei so sanft, dass die Zellen keinen Schaden nehmen.

Sogar verschiedene Zelltypen, nämlich scheibenförmige Erythrozyten und kugelförmige Lymphozyten, ließen sich auf diese Weise miteinander zu unterschiedlichen Strukturen zusammenfügen. Sie wurden über Polystyrol-Mikrokügelchen verbunden, an denen die Zellen über unspezifische
Wechselwirkungen haften. Alternativ kann die Haftung über biospezifische Wechselwirkungen erfolgen. Dazu müssen die Kügelchen mit einer biologisch aktiven Substanz beschichtet werden.

„So ein Arrangement aus verschiedenartigen Zellen ist dafür geeignet, Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Zellen, aber auch Unterschiede in der Wirkung von Pharmaka oder Toxinen auf verschiedene Zelltypen gleichzeitig zu untersuchen“ erläutert Whitesides. „Die Mikrofabrikation mit Licht ist aber nicht auf Zellen beschränkt, sondern wird sich zu einem generellen Werkzeug zum Aufbau von Mikro-Objekten aus Partikeln aller Art entwickeln lassen.“

Kontakt:

Prof. Dr. G. M. Whitesides
Department of Chemistry
and Chemical Biology
Harvard University
12 Oxford Street
Cambridge, MA 02138
USA

Fax: (+1) 617-495-9857

E-Mail: gwhitesides@gmwgroup.harvard.edu