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Falschfarben-Darstellung der kuriosen Schläuche in
1000-facher Vergrößerung
Foto: Petra Dittrich/ISAS
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Die Herstellung künstlicher Zellen beschäftigt
die Bio- und Nanotechnologie schon seit einigen Jahren. Wissenschaft
und Industrie setzen große Erwartungen in sie: Künstliche Zellen
könnten als Bioreaktoren den klimaneutralen Energieträger Wasserstoff
in Massen produzieren oder als eine Art Taxi medizinische Wirkstoffe
gezielt zu kranken Zellen bringen.
Doch um in einer Zelle etwas produzieren oder transportieren zu
können, braucht sie erst mal eine geeignete Hülle, die Zellmembran.
Sie muss flexibel und doch stabil sein, wie eine Haut das Innere
schützen, aber gleichzeitig durchlässig sein für Nähr- oder Wirkstoffe
und Wasser. Diese Aufgabe hat die Natur mit einer Doppelschicht aus
hauptsächlich Fettsäuren, sogenannten Lipiden gelöst. Die künstliche
Erzeugung von Zellmembranen auf Lipid-Basis ist jedoch schwierig, für
die Massenproduktion waren bisherige Ansätze eher ungeeignet. Einen
neuen und kostengünstigen Weg haben Wissenschaftler des ISAS -
Institute for Analytical Sciences entdeckt. Wie sie in der englischen
Zeitschrift "Lab on a Chip" berichten, können sie mit Hilfe eines
Mikrochips Zellmembranen in beliebig großer Zahl herstellen.
Der Chip besteht aus drei übereinander liegenden Ebenen, in der oberen
und unteren Ebene haben die Forscher winzige Kanäle, in der mittleren
ebenso winzige Löcher angebracht. Gefüllt mit Wasser und Lipiden,
funktioniert das ganze im Prinzip wie eine Seifenblasen-Maschine, nur
statt Seifenblasen produziert der Chip eben Zellen. Außer der
Möglichkeit zur Massenproduktion bietet die Methode noch weitere
Vorteile, so lässt sich beispielsweise die gewünschte Größe der Zellen
vorher genau definieren. "Da wir im Moment nur mit einem einzigen Chip
arbeiten, haben alle von uns hergestellten Zellmembranen die gleiche
Größe von etwa drei Mikrometer", erklärt Petra Dittrich vom ISAS.
"Variiert man jedoch den Durchmesser von Kanälen und Löchern, sind
vermutlich Größen von 300 Nanometer bis zu 30 Mikrometer machbar". Und
noch ein Plus für die Herstellung per Mikrochip: die weitere
Bearbeitung ist einfach. Soll etwa ein Wirkstoff in die Zellmembranen
eingebracht oder deren Inhalt analysiert werden, können die dafür
notwendigen Apparaturen direkt in den Chip integriert werden. So wird
das bei anderen Methoden unvermeidliche Pipettieren überflüssig.
Die Mikrochip-Methode kann jedoch noch etwas: Bei geringeren
Druckunterschieden zwischen der oberen und unteren Ebene entstehen
keine Bläschen, sondern Schläuche. Das Erstaunliche daran: die
Zell-Schläuche haben bei einem Durchmesser von drei Mikrometer eine
Länge von bis zu anderthalb Zentimetern. Das ist ungefähr so, als
könnte ein 30 Zentimeter dickes und anderthalb Kilometer langes Rohr
in einem Stück hergestellt werden. Zudem drehen sich die Schläuche
manchmal auf wie Kordeln; warum sie das tun, können die
Wissenschaftler im Moment noch nicht erklären. "Wir wissen nicht, ob
die Schläuche überhaupt für irgendetwas zu gebrauchen sind", erläutert
Dittrich. "Aber wer weiß, vielleicht können sie eines Tages
Injektionsnadeln ersetzen, dann müsste es beim Arzt nicht mehr so
pieksen..."
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