Unsere Zellen tanzen gerne
Die exakte Wissenschaft, wie sich Zellen im Körper bewegen, war lange ein Mysterium. Jetzt jedoch haben neue Forschungen eines internationalen Teams aus Wissenschaftlern ergeben, dass Zellen sich gerne wie ein Teil einer Tanzgruppe bewegen. Das Team aus Forschern aus Spanien und den Vereinigten Staaten untersuchte die physikalischen Kräfte, die bestimmen, wie Zellen wandern. Ihre Erkenntnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Materials präsentiert und zeigen, dass diese Bewegungsmuster sowohl koordiniert, als auch chaotisch sind: Auf den ersten Blick scheint es, als würden die Zellen wie in einem Festsaal tanzen, gleichzeitig jedoch, als wären sie ein "Mosh Pit". Die Studie wurde durch ein Stipendium des Europäischen Forschungsrats (ERC) unter dem Themenbereich "Ideen" des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU finanziert und belegt, dass in machen Fällen die Zellen miteinander zu kämpfen scheinen; sie schieben und schubsen sich wie bei einem chaotischen Tanz, gleichzeitig jedoch bewegen sie sich alle relativ koordiniert und kooperativ in eine bestimmte Richtung. Bekannt war den Wissenschaftlern bereits, dass Zellen auf Gradiente chemischer Signalmoleküle reagieren, die sogenannten Morphogene, die zur Entwicklung von Gewebe beitragen, oder aber auf physikalische Reize, wie Adhäsion ihrer Umgebung. Grundlagenstudien dieser und anderer Mechanismen der zellulären Migration konzentrierten sich auf das Zerlegen des Zellverhaltens zur Lösung des Rätsels, wie sich Zellen bewegen. Das Team baute auf das bestehende Wissen auf, betrachtete die Zellen als Gruppe und konzentrierte sich auf die Kräfte, die die Zellen auf ihre unmittelbaren Nachbarn ausüben. Die Daten wurden mithilfe einer Messtechnologie namens Monolayer Stress Mikroskopie gesammelt, die es dem Team ermöglichte, die winzigen mechanischen Kräfte zu visualisieren, die an den Knotenpunkten ausgeübt wurden, an denen die einzelnen Zellen aufeinander treffen. Ihre Studien führten zu der Entdeckung eines neuen Phänomens, das sie "Plithotaxis" nannten - eine Ableitung des griechischen Worts "Plithos", das wiederum Gedränge, Schwarm, Menge bedeutet. Kernpunkt der Studie ist, dass die Wissenschaftler durch die Untersuchung aller Zellen zusammen deren Gewohnheiten und Verhalten besser verstehen können. Die in einer einzelnen dünnen Schicht lebenden Zellgruppen wurden analysiert und die Kräfte, die jede einzelne Zelle bei ihrer Bewegung innerhalb der Gruppe erlebt, gemessen. "Betrachtet man eine Zelle isoliert, kann man nicht das Verhalten einer Zelle in einer Gruppe verstehen" erklärt einer der Forscher, Dhananjay Tambe von der Harvard School of Public Health. Die Ergebnisse waren für das Team ausgesprochen überraschend, wie der Forscher Corey Hardin vom Massachussets General Hospital erläutert: "Wir dachten, dass wenn die Zellen sich bewegen, zum Beispiel, um eine Wunde zu schließen, sich die treibenden Kräfte synchron und reibungslos verändern und gleichmäßig über die Zellgruppe verteilen, wie in einem Menuett. Stattdessen stellten wir fest, dass die Kräfte erheblich variieren und in der gesamten Monoschicht Hoch- und Tiefpunkte auftreten. Die Kräfte sind somit alles andere als ausgeglichen und geordnet; sie sind eher wie ein als "Mosh Pit" organisiertes Chaos, in dem in alle Richtungen gleichzeitig geschubst und gezogen wird, wodurch sich die Menge jedoch kollektiv in die gewünschte Richtung bewegt." Die kollektive Wanderung von Zellen ist für das Funktionieren des Körpers essentiell. Ein gutes Beispiel ist die embryonale Entwicklung: zur Bildung eines Embryos müssen sich Zellen kollektiv bewegen. Ähnlich ist es bei der Wundheilung; auch hier müssen sich die Zellen in Massen bewegen, um mit der Reparatur zu beginnen. Wissen über die Bewegung von Zellgruppen ist auch wichtig für Erforschung von Krebs, bei dem die kollektive Zellbewegung negative Auswirkungen auf den Körper hat. Bösartige Zellen können sich über größere Entfernungen hinweg bewegen und dort andere Gewebe befallen und neue Tumore bilden. Wenn die Wissenschaftler verstehen, wieso es zu der kollektiven Zellbewegung kommt, können sie die Bedingungen, unter denen es zur anormalen Zellbewegung kommt, besser kontrollieren. Die Studie könnte beispielsweise zu neuen Erkenntnissen darüber führen, wie sich Krebszellen beim tödlichen Prozess der Metastasenbildung bewegen. Einer der Autoren der Studie, Xavier Trepat vom Institut für Biotechnologie in Katalonien (IBEC), sagt über die Wichtigkeit der Studie: "Zum ersten Mal können wir die Kräfte sehen und beginnen zu verstehen, wie sie funktionieren, wenn Zellen in großen Gruppen agieren." Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Erkenntnisse das Wissen über die Mechano-Biologie erweitern werden.Weitere Informationen unter: Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC): http://www.pcb.ub.edu/homePCB/live/en/p369.asp(öffnet in neuem Fenster) Nature Materials: http://www.nature.com/nmat/index.html(öffnet in neuem Fenster)
Länder
Spanien, Vereinigte Staaten