Nur ein sanfter Druck auf die Zelle

Greifswalder Wissenschaftlern ist es gelungen, Immunzellen mit einem neuen Verfahren noch genauer zu charakterisieren. Das Besondere daran: Die Messungen gelingen ohne fluoreszierende Markierung – und es genügt ein Tropfen Blut.

Der Elektroingenieur Bob Fregin hat es geschafft: In der Nachwuchsgruppe „Biomechanik“ des Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) „HIKE“ hat er unter Leitung von Oliver Otto eine eigene Technologie entwickelt. Das Ergebnis überzeugte das bekannte Journal „Nature Communications“, das die Arbeit im Januar veröffentlichte. Mit Fregins erweiterter Messmethode lassen sich die Elastizität und Viskosität von Zellen messen. Dazu werden diese durch einen engen Kanal gedrückt, wobei sie sich verformen.

Nach zwei Jahren Forschung hat es die Nachwuchsgruppe nun geschafft, neben der Elastizität der Zelle noch einen weiteren Parameter zu messen. Nachdem die mechanischen Eigenschaften einer Zelle zuvor mit weich oder fest charakterisiert worden sind, kann jetzt auch ihre Zähflüssigkeit – die sogenannte Viskosität – bestimmt werden. Nachwuchsgruppenleiter Oliver Otto spricht von den viskoelastischen Eigenschaften einer Zelle: „Die Messung ist damit wesentlich genauer geworden, und sie ist markierungsfrei, das heißt, ohne dass sie vorher mit einem fluoreszenzmarkierten Antikörper gefärbt wurde. Sie drückt nur sanft auf die Zelle.“

Oliver Otto und Bob Fregin im Labor

HIKE-Nachwuchsgruppenleiter Oliver Otto (rechts) und Elektroingenieur Bob Fregin können nun genauere Aussagen über die mechanischen Eigenschaften von Zellen treffen.

PRpetuum GmbH

Vom Foto zum Video

Bei gleichzeitiger Messung der beiden Parameter können die Wissenschaftler mit nur einem Tropfen Blut in wenigen Sekunden bestimmen, welche Zelltypen sich darin befinden. Die neue Methode ist auch in der Lage, unterschiedliche Immunzellen, die B- und T-Lymphozyten, zu erkennen. Da die Methode schon existierte, mussten Anpassungen an zwei Stellen passieren: an der Aufnahme und an der Auswertung. „Vorher hatten wir von jeder Zelle ein Bild – und jetzt haben wir für jede Zelle ein Video. Damit haben wir einen zeitlichen Verlauf der Verformung gewonnen“, erzählt Bob Fregin. Pro Sekunde nimmt er von der Blutprobe 5.000 bis 7.000 Bilder auf. Von jeder Zelle entstehen so 50 bis 100 Bilder. Was hier einfach klingt, war mühsam und konnte nur mithilfe einer neuen Messsoftware realisiert werden: „Drei Viertel der Zeit war ich mit der Fehlersuche beschäftigt“, erinnert sich Fregin, der nun sehr stolz auf seinen Erfolg sein kann, schließlich ist es die erste Publikation, die ausschließlich aus dem HIKE-Labor kommt.

Klinischer Nutzen für Herzkranke

Viele Erkrankungen gehen mit Veränderungen im Immunsystem einher. „Wir sehen eine Zukunft, diese Methode auch im klinischen Alltag anzuwenden. So könnten wir kostengünstig und schnell feststellen, welche Therapie anzuwenden ist – und könnten auch andere Therapieansätze vorzeitig ausschließen“, sagt Otto.

HIKE will mit seinen biophysikalischen Methoden Erkrankungen des Herzens und der Gefäße untersuchen, denn Veränderungen am Herzen hängen häufig auch mit dem Immunsystem zusammen. Deshalb arbeitet das ZIK HIKE auch intensiv mit der Kardiologie der Universitätsmedizin Greifswald zusammen. „Wenn wir jetzt wissenschaftlich zeigen können, dass es mit unserer neuen Methode einen Nutzen für die Untersuchung von Herzkrankheiten gibt, dann wäre der nächste Schritt die kommerzielle Verwertung“, blickt Otto in die Zukunft. „Im Moment haben wir die Methode, nun gehen wir in die Kooperation und sehen dann, was dabei herauskommt.“