ETH-Forschende kommen künstlichen Zellen näher

01. Oktober 2020 12:32

Zürich - Forschende der ETH Zürich haben die Mechanismen identifiziert, durch die Zellen ihre so unterschiedlichen Formen ausbilden. Ihre Erkenntnisse tragen dazu bei, bessere Modellsysteme, künstliche Zellen oder winzige Roboter aus weichen Materialien zu entwickeln.

Forschende konnten laut einer Mitteilung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) zeigen, wie biologische Zellen erstaunlich vielfältige Formen annehmen können. Mit ihren dornartigen Fortsätzen, langen Geisseln, Antennen und Aussackungen nehmen sie äussere Reize wahr, treten mit anderen Zellen in Kontakt oder erkunden ihre Umgebung. Doch bis dato war nicht klar, welche Kräfte zu dieser Formenvielfalt führen.

Um herauszufinden, was diese Verformungen verursacht, benutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Jan Vermant, ETH-Professor für Weiche Materialien, Vesikel. Vesikel sind sehr kleine intrazelluläre Bläschen, die von einer Dopellipid-Membran umgeben sind. Bisher war es nicht gelungen, im Inneren dieser Vesikel kontrolliert Kräfte wirken zu lassen, die zu den unterschiedlichsten Strukturen natürlicher Zellen führen.

Diese Gruppe fand eine Lösung dafür. Sie befüllte die Vesikel mit Partikeln, die sich im Vesikel eigenständig bewegen können. Diese prallen zufällig auf die Membran und erzeugen so lokale Kräfte, die die Membran deformieren. Ob und wie sich die äussere Hülle der Zelle verformt, hänge davon ab, wie stark sie mit Partikeln gefüllt ist. Eine Füllmenge von 3 Prozent sei optimal gewesen und habe zur Bildung der „verrücktesten Membranstrukturen" geführt.

„Es ist ist nicht nur gelungen, ein künstliches, stark vereinfachtes System zu schaffen, welches Zellen sehr gut imitiert“, so Rao Vutukuri, Marie-Curie-Stipendiat in Vermants Gruppe. „Dank diesem Ansatz konnten wir auch die Materialphysik und Mechanik von Membranen aus Doppellipidschichten klären.“ Vutukuri ist auch Erstautor der entsprechenden Studie. Sie ist soeben in der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen. Wie es in der Mitteilung heisst, ebne sie den Weg zur Entwicklung neuer künstlicher Membransysteme, künstlicher Zellen oder winziger Roboter aus weichen Materialien. mm

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