Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode zur Trennung steifer und weicher Blutzellen

12.03.2019

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben eine neue Methode entwickelt, um die Verformbarkeit roter Blutkörperchen zu messen. Deren Elastizität gilt – wie viele andere Zelleigenschaften – als wichtiger Biomarker. Bei verschiedenen Krankheiten wie Sichelzellanämie, Malaria und Diabetes lässt sich eine allmähliche Versteifung der roten Blutzellen beobachten, an der sich das Auftreten und Fortschreiten der Erkrankung ablesen lässt. Die scheibchenförmigen roten Blutkörperchen sind normalerweise sehr flexibel und ändern häufig ihre Form. Das ermöglicht es ihnen, feinste Gefäße zu durchdringen und mit Sauerstoff zu versorgen.

Mithilfe von Simulationen auf dem Jülicher Superrechner JURECA haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich nun einen Weg gefunden, wie sich die Deformierbarkeit der roten Blutkörperchen in mikrofluidischen Apparaten durch eine Modifikation sogenannter DLD-Systeme günstig, schnell und einfach messen lässt.


Computersimulationen zeigen, wie unterschiedlich elastische rote Blutkörperchen dreieckige Trennstäbe umströmen.

Forschungszentrum Jülich / Dmitry Fedosov

DLD ist eine relativ einfache und für den klinischen Alltag relevante Methode, mit der sich Zellen gemäß ihrer Größe trennen lassen. Die Abkürzung steht für „Deterministic lateral displacement”, zu deutsch „deterministische seitliche Verschiebung“.

Bei dem Verfahren strömen Zellen in einer Flüssigkeit durch eine gitterartige Anordnung von stabförmigen Hindernissen. Je nach Größe durchlaufen sie dabei unterschiedliche Bahnen.

Partikel, die deutlich kleiner sind als die Abstände zwischen den Hindernissen, strömen praktisch ungehindert zwischen diesen hindurch. Objekte, die ähnlich groß oder größer sind, werden dagegen seitlich abgelenkt und „herausgesiebt“.

Computersimulationen haben nun ergeben, dass sich mit einer solchen Anordnung von Hindernissen nicht nur die Größe, sondern auch die Elastizität der Zellen bestimmen lässt – wenn man anstelle der bisher üblichen runden Trennstäbe ein Gitter aus scharfkantigen Stäben benutzt. Die weichen Blutzellen verbiegen sich teilweise sehr stark, wenn sie eine der scharfen Kanten umströmen.

Wie stark sie sich verformen, hat Auswirkungen darauf, auf welcher Seite sie das nächste Stäbchen passieren – was sich zum Sortieren der Zellen nach dem Grad ihrer Verformbarkeit ausnutzen lässt. Beim Zusammenstoß mit klassischen runden Trennstäben behalten die Zellen dagegen eher ihre Form bei, sodass die Trennung mit diesen nicht funktioniert.

„Wir gehen davon aus, dass es möglich ist, auf der Basis dieses Konzepts ein Gerät für medizinische Zwecke zu entwickeln. Die Feinabstimmung der optimalen experimentellen Bedingungen steht allerdings noch aus“, erklärt Dr. Dmitry Fedosov vom Jülicher Institute of Complex Systems (ICS-2 / IAS-2).

Die Sortierung von Zellen und anderen Mikropartikeln durch speziell geformte Hindernisse wurde bereits vorher experimentell verfolgt – allerdings primär nach dem Trial-and-Error-Verfahren. Die Simulationen der Wissenschaftler um Dr. Dmitry Fedosov zeigen nun im Detail, wie sich rote Blutkörperchen bei der Umströmung verschieden geformter Hindernisse – runde, dreieckige, rauten- und trapezförmige – verhalten. Auch auf andere Zelltypen soll die Technik prinzipiell anwendbar sein.

Die Ergebnisse wurden als „Editors‘ Suggestion“ im Februar 2019 im Fachmagazin „Physical Review Fluids“ vorgestellt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Gerhard Gompper
Institute of Complex Systems und Institute for Advanced Simulation - Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2/IAS-2)
Tel.: +49 2461 61-4012
E-Mail: g.gompper@fz-juelich.de

Dr. Dmitry A. Fedosov
Institute of Complex Systems und Institute for Advanced Simulation - Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2/IAS-2)
Tel. +49 2461 61-2972
E-Mail: d.fedosov@fz-juelich.de

Originalpublikation:

Sharp-edged geometric obstacles in microfluidics promote deformability-based sorting of cells
Zunmin Zhang, Wei Chien, Ewan Henry, Dmitry A. Fedosov, and Gerhard Gompper
Phys. Rev. Fluids 4, 024201 (published 13 February 2019), DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.024201

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2019/fachmeldungen/... Fachmeldung des Forschungszentrums Jülich

Dipl.-Biologin Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Berichte zu: Blutkörperchen Blutzellen IAS-2 ICS-2 Simulation Zellen rote Blutkörperchen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Das genetische Geheimnis des Nachtsehens
25.02.2020 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Muskelschwund bei Krebs: Botenstoff hilft beim Muskelaufbau
25.02.2020 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Im Focus: From China to the South Pole: Joining forces to solve the neutrino mass puzzle

Study by Mainz physicists indicates that the next generation of neutrino experiments may well find the answer to one of the most pressing issues in neutrino physics

Among the most exciting challenges in modern physics is the identification of the neutrino mass ordering. Physicists from the Cluster of Excellence PRISMA+ at...

Im Focus: Krankheiten ohne Medikamente heilen

Fraunhofer-Forschende wollen mit Mikroimplantaten Nervenzellen gezielt elektrisch stimulieren und damit chronische Leiden wie Asthma, Diabetes oder Parkinson behandeln. Was diese Therapieform so besonders macht und welche Herausforderungen die Forscher noch lösen müssen.

Laut einer Studie des Robert-Koch-Instituts ist jede vierte Frau von Harninkontinenz betroffen. Diese Form der Blasenschwäche wurde bislang durch ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungen

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

Plasmonen im atomaren Flachland

25.02.2020 | Informationstechnologie

Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

25.02.2020 | Informationstechnologie

Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

25.02.2020 | Physik Astronomie

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