Alternde Zellen mit Laser und 3D-Mikroskop untersuchen

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Schon am Tag der Zeugung beginnt der Alterungsprozess: ein menschlicher Embryo fünf Tage nach der Empfängnis. Quelle: Wellcome Images

02.06.2010  - 

Was lebt, altert auch. Der Alterungsprozess ist allgegenwärtig, verstanden ist er noch nicht. Was auf Zellebene genau geschieht, wollen Wissenschaftler aus Universitäten und Unternehmen nun gemeinsam in einem Forschungsverbund unter Federführung der Beiersdorf AG sichtbar machen. Bisher mussten Zellen dazu aufwendig und einzeln im Reagenzglas untersucht werden. Mit neuartigen Lasern und Mikroskopiertechniken wollen die Forscher des „AgeScreen“-Verbunds nun lebende Zellen systematisch und schnell überprüfen. Das Projekt ist der Auftakt der vierten Runde des Forschungsschwerpunktes Biophotonik, eine Förderinitiative, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Jahr 2001 ins Leben rief.

Warum altern wir und wie läuft dieser Prozess ab? Die Frage ist elementar, die Antwort aber beileibe nicht einfach. Das Altern des menschlichen Organismus ist von vielen Faktoren abhängig und betrifft Organe, Zellen und kleinste biochemische Moleküle. Am deutlichsten und sichtbarsten spiegelt sich das Altern in der Haut wider, zum Beispiel durch Faltenbildung oder ungleiche Pigmentierung. Im Zellkern scheinen bestimmte Regionen an den Spitzen der Chromosomen, die sogenannten Telomere, etwas mit dem Alterungsprozess zu tun zu haben. Im vergangenen Jahr gab es für diese Entdeckung den Medizin-Nobelpreis (mehr...).

Berührungsfreie optische Methoden

„Um altersbedingte Hautveränderungen künftig besser behandeln oder gar vermeiden zu können, brauchen wir genauere Kenntnisse über die Alterungsprozesse von Zellen. Hier wollen wir mit neuesten optischen Methoden ansetzen“, sagt Horst Wenck von der Beiersdorf AG, einem der im Forschungsverbund "AgeScreen" beteiligten Unternehmen. In dem Projekt wollen Biophysiker, Chemiker und Ingenieure zusammenarbeiten, um eine neue Untersuchungstechnik zu entwickeln, die nur mit berührungsfreien optischen Methoden arbeitet und damit ein schnelleres, systematisches und automatisiertes Testen lebender Zellen ermöglicht. Neben der Beiersdorf AG sind in "AgeScreen" zudem noch der Mikroskopierspezialist Ibidi und der Medizintechnikhersteller Beckman Coulter Biomedical beteiligt, beide aus München. Von akademischer Seite her sind Wissenschaftler der Universität in Leipzig und der Uniklinik Münster mit an Bord.

Dreidimensionales hochaufgelöstes Bild

Eine der neuen Methoden, die in dem Vwrbund weiterentwicklet werden soll, ist der sogenannte „optische Strecker“. Er soll einmal die Elastizität der Zellen überprüfen, ohne diese dabei mit einem Instrument berühren und stören zu müssen. Zwei gegenläufige Laserstrahlen verformen behutsam einzelne lebende Zellen, wodurch ihre Beschaffenheit mit hoher Präzision bestimmt werden kann. Gleichzeitig soll eine digitalholografische Mikroskopie die Form und Gestalt der Zellen charakterisieren. Einzelne Bilder aus verschiedenen Schichten der Zellen werden hierbei durch einen Computer in ein dreidimensionales, hochaufgelöstes Bild zusammengesetzt. Sogar eine Beobachtung der lebenden Zellen in Echtzeit ist damit möglich. Die zu untersuchenden Zellen können bei all diesen Untersuchungen durchgehend in ihrer natürlichen Umgebung bleiben. Fallen einzelne Zellen besonders auf, können diese aussortiert und einzeln genetisch näher unter die Lupe genommen werden. Die Charakterisierung von lebenden Zellen hinsichtlich ihrer physischen Verfasstheit und ihres molekularbiologischen Innenlebens könnten damit erstmals komplett automatisch im Hochdurchsatzverfahren erfolgen, hoffen die Wissenschaftler.

Das könnte nicht nur bei der Entwicklung von Anti-Aging-Mitteln hilfreich sein, sondern auch für die pharmazeutische Forschung interessant sein. Denn mit dem System ließe sich der Einfluss von Substanzen direkt an der lebenden Zelle besser beobachten. Josef Käs von der Universität Leipzig sieht enormes Potenzial der Methode in der Krebsdiagnostik und –therapie: „Wenn es uns gelingt die Prozesse aufzuklären, die das Skelett im Zellinneren während des Alterns verändern, können diese Erkenntnisse zum Beispiel auf Krebszellen übertragen werden.“ So weiß man heute, dass Krebszellen weicher sind als gesunde und sich dadurch schneller vermehren. Gelänge es kranke Zellen biochemisch zu „verhärten“, könnte das Fortschreiten des Krebses auf dieser Ebene aufgehalten werden, so Käs. Das BMBF fördert das Verbundprojekt mit rund 2,5 Millionen Euro, die Verbundpartner investieren weitere 1,5 Millionen Euro.