Zellen erobern den Raum

Trotz ihrer Bedeutung für die biologische Forschung hat die klassische Zellkultur ihre Grenzen: Im Gewebe leben Zellen im räumlichen Verband, während sie in der Kulturschale nur in zwei Dimensionen wachsen können. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben ein Verfahren vorgestellt, mit dem sie beliebig strukturierte dreidimensionale und flexible Substrate herstellen können. Für ihre Herstellung nutzt die Arbeitsgruppe von Prof. Martin Bastmeyer ein als Direktes Laserschreiben (DLS) bezeichnetes Verfahren, das die Physiker Prof. Martin Wegener und Dr. Georg von Freymann am CFN entwickelt haben. Dabei schreibt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift in drei Dimensionen. Bei der Entwicklung bleiben die belichteten Bereiche stehen, die dann mit einem Protein beschichtet werden, an dem die Zellen anhaften können. Auf diesen Strukturen ausgesäte Herzzellen aus Hühnerembryonen beginnen nach wenigen Tagen, sich rhythmisch zusammenzuziehen und die elastischen, dünnen Balken zu verbiegen. Vergleichende Messungen mit dem Rasterkraftmikroskop zeigen, dass sie dabei eine Zugkraft von 47 Nanonewton entwickeln. Weiterführende Experimente mit anderen Strukturen sollen klären, wie Zellen auf unterschiedliche mechanische Eigenschaften und räumliche Gegebenheiten ihrer Umgebung reagieren. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, Kulturbedingungen für die Gewebezucht und die Regenerative Medizin mit Stammzellen zu optimieren.