??Ein weiterer Durchbruch ist, dass wir den Effekt auch bei anderen Gewebezellen wie beispielsweise Nierenzellen nachweisen konnten. Das ist ein Indikator dafür, dass der Effekt durchaus universell sein k?nnte“, meint der Biophysiker Dr. Christoph Westerhausen.

Nano-Beben auf dem Chip

Auf einem Chip wird an Elektrodenstrukturen eine elektrische Wechselspannung angelegt. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld, das dazu führt, dass sich die Atome des Chips nahe der Oberfl?che gegeneinander verschieben – es entsteht eine Wellenbewegung auf der Oberfl?che. Diese durch ein Hochfrequenzsignal erzeugten ?Nano-Beben“ l?sen eine interessante Wechselwirkung mit den darauf sitzenden Zellen aus. Bei einer kontinuierlichen ?Beschallung“ einer künstlichen Wunde steigt die Geschwindigkeit, mit der sich die Zellen?im bewegen um bis zu 150 Prozent und beschleunigen dadurch das Verschlie?en einer Wunde signifikant im Vergleich zu Stellen, die nicht beschallt werden.

Die Wellen bewegen sich mit einer ?Geschwindigkeit von 14.000 Kilometern pro Stunde und dringen dabei doch nur eine halbe Wellenl?nge in das Zellmaterial ein. ??Bei dieser Methode werden die Zellen mit den Schallwellen nur leicht ?gekitzelt‘ und nicht mit Gewalt verschoben. Wir arbeiten hier also mit leisen und sanften Wellen“, sagt Westerhausen. Was den Biophysiker sehr freut, ist, dass in den letzten Jahren zu dieser Forschung neben dem Erstautor Manuel Brugger, der sich in seiner Doktorarbeit mit dem Thema besch?ftigt hat, viele Studierende im Rahmen von Abschlussarbeiten beigetragen haben, was in eine Mitautorenschaft mündete.

Biophysik und Biochemie: den Ursachen des Effekts gemeinsam auf der Spur

?Die mechanische Bewegung der Welle, wird auch durch ein sich mitbewegendes elektrisches Feld begleitet. In unserer neueren Forschung hat sich gezeigt, dass es mit gro?er Wahrscheinlichkeit die mechanische Komponente des Nano-Bebens ist, die dazu führt, dass die Zellen sich schneller Richtung Wunde bewegen. Das elektrische Feld, das ebenfalls erzeugt wird, spielt dafür eine untergeordnete Rolle“, so Westerhausen. Die Frage, wie sich der Effekt weiter erkl?ren l?sst, treibt die Forschenden aber weiter an. Daher hat das biophysikalische Forschungsteam mit dem Lehrstuhl für Biochemie von Prof. Regina Fluhrer an der 新万博体育下载_万博体育app【投注官网】izinischen Fakult?t zusammengearbeitet, um besser zu verstehen, welche biochemischen Prozesse dabei ablaufen. So l?sst sich auch die Rolle der Zellmembran untersuchen. ?Künftig wollen wir gezielt die Adh?sionseigenschaft der Zellen modifizieren,?also wie gut sie auf dem Chip haften“, erkl?rt Westerhausen.

Beschallung bringt die Zellen nicht in Stress

Eine weitere Erkenntnis der gemeinsamen Zusammenarbeit zwischen Biophysik und Biochemie zeigt, dass die Stimulation bei den Zellen nicht zu einem erh?hten Stresslevel führt. Denn chemische wie mechanische Einwirkungen oder andere Umwelteinflüsse k?nnen in Zellen zu erh?htem ?Stress“ führen, der sich darin zeigt, dass sich Sauerstoffradikale bilden. Bei der Beschallung mit akustischen Oberfl?chenwellen zeigten die Zellen keine solche Reaktion. Hier zeige sich auch, so Westerhausen, dass bei der Methode die Zellen nur sanft angeregt werden. ?Wir kitzeln die Zellen nicht so stark, bis sie sich vor Lachen krümmen“.

Von verbesserten Pflastern bis schnelleren Einheilung bei Implantaten

Aktuell findet die Grundlagenforschung unter Laborbedingungen statt. Anwendungsm?glichkeiten für die Technologie g?be es viele, so die Forschenden. Der Chip, der die akustischen Oberfl?chenwellen erzeugt, k?nnte in Form eines biegsamen Materials hergestellt werden und z.?B. in einem Pflaster die Wundheilung beschleunigen. Oder bei einer Hüft-OP k?nnte das Implantat entsprechend beschichtet werden, sodass der integrierte Chip von au?en mit Energie versorgt werden k?nnte – wie bei RFID-Chips – und die Wundheilung nach dem Eingriff beschleunigen wird. ?Das sind nur einige Szenarien, die vorstellbar sind“, so Westerhausen, ?aber noch in der Zukunft liegen“.

Aber auch intrazellul?re Mechanismen hat das Forschungsteam im Blick. Da sich die Migration von Zellen durch die ?Nano-Beben“ beeinflussen l?sst, k?nnten auch andere Prozesse stimuliert werden wie die Art und Weise, wie Zellen Stoffe in sich aufnehmen. Ein Einsatzgebiet bietet sich bei der Entwicklung von 新万博体育下载_万博体育app【投注官网】ikamenten, spezieller bei der Suche nach neuartigen Wirkstoffen. Denn es gibt Wirkstoffe, die von den Zellen nicht über die Zellmembran aufgenommen werden. ?Bei der Frage, was ein bestimmter Stoff in der Zelle selbst bewirken k?nnte, wenn er dort hineink?me, kann unsere Forschung m?glicherweise helfen“, so Westerhausen. Inwiefern die akustischen Oberfl?chenwellen die Zellhülle vorübergehend durchl?ssig machen k?nnen, erforschen die Wissenschaftler gemeinsam mit Pharmazeuten der LMU in München. Für dabei identifizierte neue Wirkstoffe k?nne anschlie?end eine geeignete Hülle entwickelt werden, damit dieser dann als 新万博体育下载_万博体育app【投注官网】ikament leichter die Zellmembran durchqueren kann.

Die Erforschung und vielf?ltige Anwendung des Umstandes, dass sich Schallwellen wie ?Nano-Beben“ an der Oberfl?che eines Kristalls ausbreiten, wenn ein passendes Hochfrequenzsignal angelegt wird, gilt seit vielen Jahren bereits als international anerkannte Spezialit?t des Augsburger Lehrstuhls für Experimentalphysik I (Prof. Dr. Achim Wixforth). Sie wird in verschiedenen Kontexten – wie beispielsweise der Wundheilung – genauer erforscht.