Bioelektronik (IBI-3)

Die mechanischen Eigenschaften von Zellen spielen eine wichtige Rolle bei verschiedenen biologischen Prozessen. Die meisten lebenden Zellen sind klein, empfindlich und sehr heterogen. Oft beobachtet man eine große Variabilität der mechanischen Eigenschaften der Zellen. Daher sind mikrorheologische Methoden mit hohem Durchsatz besonders geeignet für Studien der Zellmechanik. Unser neuartiger Aufbau ermöglicht die Messung der mechanischen Eigenschaften lebender Zellen, indem auf Magnetpartikel entweder eine Translationskraft (im Modus Magnetpinzette, Magnetic Tweezers, MT) oder ein Drehmoment (Magnetic Twisting Cytometry, MTC) ausgeübt wird.

Mit unserem neuentwickelten Mikrorheologie-Tool haben wir die mechanischen Eigenschaften von Herzmuskelzellen und Gehirnzellen von Ratten untersucht. Das Kriechverhalten und die Frequenzantwort von Kardiomyozyten der HL-1 Zelllinie wurden im MT und im MTC-Modus charakterisiert. In beiden Fällen zeigte die Steifigkeit der HL-1 Zellen näherungsweise eine Lognormalverteilung. Eine große Heterogenität der Steifigkeit der Einzelzellen wurde beobachtet. Wenn HL-1 Zellen auf einem steifen Substrat kultiviert wurden, wurde eine deutliche Verfestigung bei niedrigen Frequenzen beobachtet, die auf durch Myosin-Aktivität erzeugte Vorspannung zurückzuführen ist.

Zusätzlich zu steifen Zellen wie Herzmuskelzellen wurden auch die mechanischen Eigenschaften weicher empfindlicher Hirnzellen mit dem Magnetpinzetten-Aufbau gemessen. Es wurde gefunden, dass mit zunehmender Alterung die Steifigkeit von Neuronen und Glia-Zellen zunimmt. Bei neuronalen Zellen sinkt der Exponent mit dem Alter, bei Glia-Zellen nicht. Das Elastizitätsmodul sowohl von Neuronen als auch von Glia-Zellen hängt von der Steifigkeit des Substrats ab.