Neue Instrumente, um Wasserfluss in den Zellen zu analysieren
Wasser ist ein wichtiger Bestandteil unserer Zellen. Mit neuen Instrumenten wollen Forscher dessen Fluss durch Zellmembranen analysieren.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Wassergehalt in unseren Zellen spielt bei Infektionen eine wichtige Rolle.
- Forscher der ETH Lausanne und der Uni Genf wollen nun dessen Fluss analysieren.
- Dazu sind gleich zwei neue Mikroskope geplant.
Wasser spielt eine wichtige Rolle in Zellen – vom Hangover bis zur Ausbreitung von Krebs. Forscher der EPFL und der Uni Genf entwickeln nun neue Instrumente zur Untersuchung des Wasserflusses durch Zellmembranen. Diese könnten zur Verbesserung verschiedenster Therapien helfen.
Die Systeme werden von Forschende des Instituts für Bioingenieurwesen der ETH Lausanne (EPFL) und der Universität Genf entwickelt. Sie sollen grundlegende Informationen darüber liefern, wie Zellen auf osmotische Schocks reagieren. Denn das ist wichtig bei Infektionen und bei der Nieren- und Darmfunktion.
Die Wissenschaftler «werden auch mehr über die Zellmigration erfahren. Diese ist für viele Zellprozesse wie die Wundheilung, die Ausbreitung von Krebszellen und die immunologische Reaktion von entscheidender Bedeutung.» So kündigten die beiden Unis in einer Mitteilung vom Freitag an.
Kater ist Beispiel für schlechte Zellhydrierung
Fast jeder hat die Mechanismen der Zellhydrierung schon schmerzhaft am eigenen Leib erfahren müssen. Beispielsweise nach dem übermässigen Genuss von Alkohol.
Der sogenannte Kater «wird durch ein Wasserungleichgewicht in unserem Körper verursacht.» So erläutert Sylvie Roke, die Leiterin des Labors für grundlegende BioPhotonik der EPFL. «Unsere Zellen werden dehydriert, da sie den Alkohol durch Osmose ausscheiden».
«Wenn zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Konzentrationen eines bestimmten gelösten Stoffes durch eine semipermeable Membran in Kontakt kommen, entsteht Osmose.» Führt Aurélien Roux, Professor für Biochemie an der Universität Genf, aus.
Osmose sorgt für Gleichgewicht
«Das Wasser geht von der Flüssigkeit mit niedrigerer Konzentration in die Flüssigkeit mit höherer Konzentration über. Das geschieht, bis sich ein Gleichgewicht zwischen den beiden Flüssigkeiten einstellt». Die Zellmembranen sind semipermeabel, sie lassen Wasser durch, aber keine Ionen.
Die Membranen schützen die Zellen vor ihrer Umgebung. Zudem halten sie die Zellen gesund und stabil. Dazu regulieren sie die elektrische Aktivität der Zellen und den Austausch von Verbindungen mit den umgebenden Flüssigkeiten.
Spannung in Zellmembran verändert sich
Wenn Osmose stattfindet, bläht sich eine Zelle auf oder sie schrumpelt zusammen. Das verändert die Spannung der Zellmembranen – wie bei Ballons. «Die Kontrolle dieser Spannung ist genauso wichtig wie die Kontrolle unserer Körpertemperatur», sagt Roux.
«Erstens kann die Zellmembran bei zu hoher Spannung reissen. Zweitens spielt diese Spannung eine wichtige Rolle bei der Regulierung vieler zellulärer Prozesse».
Über die Spannung der Zellmembran habe es schon viele Studien gegeben, schreibt das Forscherteam. Doch sei die Auflösung der verwendeten Abbildungen ungenügend, um die zugrunde liegenden molekularen Wechselwirkungen gründlich zu untersuchen.
Zwei Mikroskope geplant
Roke und Roux planen daher die Entwicklung neuer Systeme für nichtlineare Bildgebung und optische Spektroskopie. Diese stützen sich auf die im Labor der EPFL entwickelte Technologie. Geplant ist der Bau von zwei Mikroskopen.
Eines davon beobachtet mit Sonden, wie Wassermoleküle mit den Lipiden, aus denen eine Zellmembran besteht, interagieren. Mit einem anderen kann die Membranspannung mit einer noch nie dagewesenen räumlichen und zeitlichen Auflösung untersucht werden.
