Forschende des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts (MPL) haben ein innovatives Lab-on-a-Chip-System entwickelt, das präzise Druckkräfte auf zelluläre Mikroumgebungen ausübt. Die Methode, die intelligente Hydrogel-Mikrostrukturen nutzt, könnte künftig die medizinische Diagnostik bei mechanischen Gewebestörungen revolutionieren.

Die extrazelluläre Matrix, ein dreidimensionales Netzwerk, in das Zellen eingebettet sind, spielt eine zentrale Rolle bei biologischen Prozessen wie Wundheilung oder Homöostase. Bisherige Labormethoden zur Nachbildung dieser biomechanischen Interaktionen waren ungenau und schwer in Lab-on-a-Chip-Systeme integrierbar. Das Team um Dr. Katja Zieske hat nun ein System entwickelt, das räumlich und zeitlich kontrollierte mechanische Störungen in biologischen Polymernetzwerken simuliert.

Kern der Methode sind intelligente Hydrogele, die auf Reize wie Licht oder Temperatur reagieren, indem sie sich zusammenziehen oder ausdehnen. In Strömungskammern wurden thermoresponsive Hydrogel-Mikrostrukturen getestet, die Netzwerke wie Kollagen oder Matrigel komprimieren. Kollagen zeigte elastische Entspannung, Matrigel plastische Verformung. Die Methode ermöglicht mikroskopische Untersuchungen biologischer Prozesse und ist mit lebenden Zellen kompatibel.

Die Technologie erlaubt präzise Krafteinwirkung und Nachweis von Veränderungen in hunderten Mikrometern Entfernung. Künftige Anwendungen könnten die Erforschung der extrazellulären Matrix oder die Diagnostik in 3D-Zellmodellen wie Krebs- oder Gefäßmodellen umfassen. Das System verspricht, als Mikromaschine in der Gewebemanipulation eingesetzt zu werden, und könnte die Grundlage für fortschrittliche diagnostische Verfahren bilden.

Original Paper:

Stimulus-induced mechanical compaction of biological polymer networks via smart hydrogel microstructures – Lab on a Chip (RSC Publishing)

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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