Forschung & Entwicklung

Zellen den Weg leuchten

Eine neue Methode, die mit Licht Molekülmuster vorzeichnet, weist lebenden Zellen den Weg. Der Ansatz erlaubt einen tieferen Einblick in die Entwicklung von mehrzelligen Lebewesen.

Morphogene signalisieren den Zellen, wohin sie gehen und was sie tun sollen. Diese Signalmoleküle steuern biologische Prozesse. Um solche Prozesse genauer untersuchen zu können, müssen Forscher die Signalmoleküle im dreidimensionalen Raum um lebende Zellen herum positionieren können. Dies ist nun möglich, dank einer neuen Methode, die Nicolas Broguiere und seine Kollegen in der Forschungsgruppe von Marcy Zenobi-Wong an der ETH Zürich entwickelt haben.

„Unser Ansatz erlaubt es, bioaktive Moleküle mit hoher Präzision in einem Hydrogel zu verteilen“, sagt Zenobi-Wong, Professorin für Gewebetechnologie und Biofabrikation am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich. Wenn lebende Zellen in das Hydrogel eingekapselt werden, nehmen sie die biochemischen Signale wahr. Eines dieser Signale, nämlich der Nervenwachstumsfaktor, bestimmt die Richtung, in welche Nervenfasern wachsen. Mithilfe von 2-Photon-Patterning haben die Forscher mit einem Laser dreidimensionale Muster dieses Moleküls in das Hydrogel gezeichnet.

„Genau an der Position, auf die das Licht gerichtet ist, wird eine chemische Reaktion ausgelöst, die den Nervenwachstumsfaktor im Hydrogel verankert“, erklärt Broguiere. „Wir haben das Design des lichtempfindlichen Hydrogels sorgfältig optimiert, damit sich die Signalmoleküle nur in den beleuchteten Bereichen – und nirgendwo sonst – anlagern.“ Mit ihrem neuen Ansatz können die Forscher dreidimensionale Morphogene mit Details von der Größe eines tausendstel Millimeters, also einer einzelnen Nervenfaser, zeichnen und dann mit einem Mikroskop beobachten, wie die Neuronen dem vorgezeichneten Muster folgen. Mit dieser neuen Methode könne man nun Nervenzellen mit ihrer eigenen biochemischen Sprache effektiv dreidimensional lenken.

Für ihre Erfindung sehen Zenobi-Wong und Broguiere einen potenziellen Nutzen in der Medizin: Wenn Nerven durch einen Unfall geschädigt werden, wachsen sie willkürlich zusammen, sodass ihre volle Funktion nicht wiederhergestellt wird. In Zukunft könnte eine Weiterentwicklung des Ansatzes dabei helfen, den Nervenzellen direkt im Körper den richtigen Weg zu weisen, sodass verletzte Nerven besser heilen.

von mn

Originalveröffentlichung:

[N. Broguiere, I. Lüchtefeld, L. Trachsel, D. Mazunin, R. Rizzo, J. W. Bode, M. P. Lutolf, M. Zenobi-Wong, Morphogenesis guided by 3D patterning of growth factors in biological matrices, Adv. Mater. (2020), DOI: 10.1101/828947]

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