Zytoskelett gegen Deformation
Zytoskelett wehrt sich gegen Deformation
Jüngster Preisträger im Gerhard-Hess-Programm der DFG
Jeweils 1 Million Mark hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) auch in diesem Jahr im Rahmen ihres Gerhard-Hess-Programms zur Förderung von insgesamt zehn hochqualifizierten Nachwuchsforschern bereitgestellt. Mit 30 Jahren jüngster Preisträger ist Dr. Joachim P. Spatz aus der Abteilung Organische Chemie III (Makromolekulare Chemie und Materialien) der Universität Ulm. Spatz' wissenschaftliches Hauptinteresse liegt auf dem Gebiet der Zellbiophysik, sein Ziel im konkreten Fall bestand darin, mit Hilfe physikalischer und chemischer Untersuchungsmethoden das Verhalten lebender Zellen unter mechanischer Beanspruchung zu erforschen.
Im Verlauf seiner Promotion war es Spatz gemeinsam mit Abteilungsleiter und Doktorvater Prof. Dr. Martin Möller gelungen, Festkörperoberflächen (Glas, Siliziumoxid) punktgenau mit nanometergroßen synthetischen Molekülhäufchen (Clustern) zu dekorieren. Die so profilierte Oberfläche eignet sich als Matrize zur Erzeugung technischer Polymere ebenso wie als Substrat für Experimente, bei denen es darauf ankommt, einzelne Moleküle zeitweise auf bestimmten Ankerpunkten zu fixieren. Ein Postdoc-Aufenthalt am Institut Curie in Paris war es dann, der Spatz darauf brachte, diese molekularen Haftflecken auch an Biomolekülen, lebenden Zellen also, für die das Anhaften an Oberflächen, die Adhäsion, von existentieller Bedeutung ist, mittels der neuen Technik zu studieren.
Eines seiner eindrucksvollsten Experimente beschreibt Spatz in seinem Förderungsantrag: Er hatte einzelne Bindegewebszellen (Fibroblasten) zwischen zwei mit Glutaraldehyd beschichtete Mikroplatten, Glaswände im Format 10 x 1 x 0,075 mm, positioniert und gewartet, bis sich die jeweilige Zelle auf beiden Platten angeheftet hatte. Nun zog er die Platten langsam auseinander, so daß die zwischen ihnen »eingeklebte« Zelle allmählich gestreckt wurde. Diesen Verformungsprozeß hat er über mehrere Stunden simultan mit einem optischen Mikroskop verfolgt und mit einer CCD-Kamera gefilmt.
Im Laufe mehrerer Versuchsreihen mit variierender Dosierung der Dehnungskräfte (zwischen 20 und 120 Nano-Newton) stellte sich heraus, daß die Zellen tatsächlich, wie vermutet, unter mechanischer Belastung ein charakteristisches Verhalten an den Tag legen. Unter gleichmäßigem Zug von außen wird die Zelle zunächst passiv gestreckt. Von einem bestimmten Moment an - in Spatz' Experimenten nach ungefähr zehn Minuten bei konstanter Streckung unter 100 Nano-Newton - beginnt der Zellkörper jedoch, sich gegen die erzwungene Deformation zur Wehr zu setzen: das Zellskelett, zusammengesetzt aus zwei Typen flechtwerkartig miteinander verwobener Fasern, orientiert sich in Gegenrichtung der angreifenden Kraft, hält also aktiv dagegen. Um die Zelle weiter zu dehnen, muß man deutlich höhere Kraft aufwenden, auch dann, wenn der Dehnungsversuch zwischenzeitlich unterbrochen wurde. Erhöht man die Dehnungskraft nicht, so gelingt es der Zelle sogar, gegen den einwirkenden Widerstand ihre ursprüngliche Form nahezu vollständig wiederherzustellen.
Schon jetzt ist abzusehen, daß Spatz' Grundlagenergebnisse zur Beantwortung zahlreicher biophysikalischer und medizinischer Fragen beitragen können. Zum einen ist das Anhaften von Zellen eine der Voraussetzungen für die Zell-Zell-Interaktion in lebenden Systemen; wer das interzelluläre Zusammenspiel verstehen will, kommt daher an der Erforschung der Adhäsionsprozesse nicht vorbei. Speziell an Krebszellen hat der Ulmer Preisträger außerdem eine für Onkologen hochinteressante Beobachtung gemacht: genetisch entartete Zellen sind offenbar deutlich dehnbarer als Normalzellen. Diese Geschmeidigkeit könnte sich für die Erklärung von Ausbreitungsfähigkeit und Resistenz als Schlüsselphänomen erweisen.
Seine Fördermittel erhält der Ulmer Forscher, gleich den übrigen Hess-Preisträgern, in Jahresraten: zweimal rund 200.000 Mark sind garantiert, anschließend besteht auf Antrag die Möglichkeit einer Verlängerung um weitere drei Jahre. Das nach einem früheren DFG-Präsidenten benannte Gerhard-Hess-Programm soll vielversprechenden Nachwuchswissenschaftlern (unter 33 Jahren) die Möglichkeit eröffnen, eine eigene Arbeitsgruppe aufzubauen und ihre Forschungen langfristig zu planen. Insgesamt 38 Anträge waren in der diesjährigen Ausschreibung bei der DFG eingereicht worden.
