Zellen weisen mechanische Eigenschaften von geschmolzenem Glas auf

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Biologische Zellen verhalten sich äußeren mechanischen Einflüssen gegenüber wie geschmolzenes Glas. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Wissenschaftler der Harvard Universität in Cambridge in den Vereinigten Staaten. Ihre in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters veröffentlichte Studie zeigt neue Ansatzpunkte in der Bekämpfung von Krebs und anderen zellulären Krankheiten auf.

In ihrem Experiment untersuchten die Wissenschaftler um Ben Fabry, wie die Zellmembran einer Muskelzelle auf mechanische Schwingungen reagiert. Dazu befestigten sie an dieser eine nur wenige Mikrometer große magnetische Kugel. Durch einen äußeren Magneten konnten die Forscher diese Kugel nun in Schwingung versetzen. Das Verhalten der an ihr befestigten Zellmembran hielten sie mit einer Videokamera fest.

Bei kleinen Schwingungsfrequenzen der Magnetkugel vibrierte die Zelle mit dieser mit. Eine Erhöhung der Schwingungsfrequenz ließ die Zelle allerdings immer steifer werden, bis sie schließlich der Bewegung der Metallkugel nicht mehr folgte. Diese Änderung des mechanischen Verhaltens der Zelle fand über einen großen Frequenzbereich statt. Die Zelle gleicht damit in ihrer Dynamik geschmolzenem Glas. Die Forscher vermuten, dass dieses Verhalten auf lange Proteinmoleküle im Innern der Zelle zurückzuführen ist. Eine Kontrolle der Dynamik von Zellen ist insbesondere für die biomedizinische Forschung von Interesse.

Nach der bisherigen Theorie der Dynamik von Zellen gleichen diese in ihren mechanischen Eigenschaften einem gefüllten Wasserballon. Demnach sollte der Übergang zu einem steiferen Verhalten allerdings über einen sehr kleinen Frequenzbereich erfolgen. Das Experiment der Harvard Forscher revidiert nun dieses Modell zugunsten des geschmolzenen Glases.

Stefan Maier

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