Forschung zur Zellviskosität verbessert Wissen über Krebszellen
Bahnbrechende Entdeckungen zur Viskosität von Zellzytoplasma, die unser Wissen zum Zytoplasma von Krebszellen auf den neuesten Stand bringen, haben EU-finanzierte Forscher aus Deutschland und Polen vorzuweisen. Das Team unter Leitung von Forschern des Instituts für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IPC PAS) wurde teilweise durch eine Finanzhilfe für innovative Wirtschaft aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unterstützt. Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids und zeigt sich im dick- oder dünnflüssigen Verhalten eines Stoffes. Je niedriger die Viskosität des Fluids, desto größer ist die Fließfähigkeit oder Beweglichkeit der Flüssigkeit. Wasser hat zum Beispiel eine niedrige Viskosität, während Honig - insgesamt dicker und klebriger - eine höhere Viskosität hat. Albert Einstein widmete sich 1906 als erster der Viskosität komplexer Fluide; seitdem wurde schon viel zum Thema Viskosität des Zytoplasmas geforscht. Im Laufe der Jahre häuften sich die Beweise, die dafür sprechen, dass ungeachtet einer hohen Viskosität des Zytoplasmas (die theoretisch in einer geringen Beweglichkeit im Zytoplasma resultieren müsste) die Mobilität kleiner Proteine im Zytoplasma in Wirklichkeit sehr hoch ist - mehrere Größenordnungen höher, als es Einsteins Formel eigentlich vermuten ließe. Das Team untersuchte in der im Fachjournal Nano Letters veröffentlichten Studie, wieso kleine Eiweißmoleküle bei ihrer Bewegung in der Zelle fast überhaupt nicht durch diese Zytoplasmaviskosität beeinflusst werden. Sie beschreiben die Veränderungen in der Viskosität, die in verschiedenen Lösungen und mit Sonden in Nano- bis Makrogröße gemessen wurde. "Wir haben unsere früheren Formeln und Rückschlüsse verbessert, um sie mit Erfolg auf eine größere Anzahl von Systemen anwenden zu können - so auch bei der ersten Beschreibung der Viskosität des Zytoplasmas in Krebszellen", kommentiert Professor Robert Holyst vom IPC PAS. Das Team konnte die Viskositätsveränderungen mithilfe einer phänomenologischen Formel beschreiben, die Koeffizienten der gleichen physikalischen Beschaffenheit enthält. Die Koeffizienten beschreiben sowohl das flüssige Medium (beispielsweise angefüllt mit einem Netzwerk langkettiger Polymere oder Molekülcluster) als auch welche Art von Testobjekt (z. B. ein Proteinmolekül) sich in dem Medium bewegt. Die neue Formel kann dann für Sonden in verschiedenster Größe verwendet werden: von einem Bruchteil eines Nanometers bis hin zu mehreren Zentimetern ist alles möglich. Die gefundenen Zusammenhänge gelten allgemein für verschiedene Typen von Fluiden einschließlich Lösungen mit elastischer mikroskopischer Struktur (wie z. B. bei Polymernetzwerken in verschiedenen Lösungsmitteln) und mikroskopisch starrer Systeme (wie z. B. bei langgestreckten Molekülaggregaten - den Mizellen). Das Team wandte diese neue Formel auch zur Beschreibung der Mobilität von DNA-Fragmenten und anderen Objekten in Mausmuskelzellen sowie menschlichen Krebszellen an. "Wir konnten nachweisen, dass die Viskosität des Fluids in der Zelle in Wirklichkeit nicht nur von der intrazellulären Struktur, sondern auch von der Größe der bei der Viskositätsmessung verwendeten Sonde abhängt", betont Tomasz Kalwarczyk, Doktorand der IPC PAS. "Unsere Forschung ergab ein neuartiges Verfahren zur Charakterisierung der Zellstruktur durch Messung der Viskosität des Zytoplasmas." Diese Forschungsergebnisse dürften weitreichende Auswirkungen haben. Wissenschaftler können jetzt die Wanderungszeit von in Zellen eingebrachten Medikamenten besser abschätzen. Dieses Wissen kann außerdem bei Nanotechnologien, zum Beispiel bei der Herstellung von Nanopartikeln mit mizellaren Lösungen eingesetzt werden. Die Ergebnisse der Studie werden außerdem Einfluss auf moderne Messmethoden wie die dynamische Lichtstreuung nehmen, mit deren Hilfe Molekülsuspensionen nach ihrer Größe analysiert werden können.Weitere Informationen unter: Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences: http://www.ichf.edu.pl/indexen.html(öffnet in neuem Fenster)
Länder
Deutschland, Polen