Wissenschaftlern gelang es, eine neue Methode zur Diagnose von Krankheiten zu entwickeln. Durch leichte Veränderung einer Technologie aus der Weltraum-Technik gelang es den Forschern, Körperzellen durch Schallwellen zum Schweben zu bringen und so ihre “Steifheit” zu ermitteln, was als Merkmal für einige Krankheiten gilt.


Zellen
Foto: Brian Patchett/Utah Valley University

Zustand des Zytoskeletts hilft bei der Diagnose

Zellen behalten ihre Form mittels eines strukturellen Skeletts namens Zytoskelett, das aus Filamenten und mikroskopischen Röhren. Nahezu jede Krankheit verändert die physischen Charakteristika der Zelle, aber einige Erkrankungen wie zum Beispiel Krebs und mehrere neurodegenerative Krankheiten wirken sich direkt auf das Zytoskelett aus. “During the metastasis of cancer, for example, the cell’s cytoskeleton becomes more elastic to allow the cells to migrate through tissue. Similarly, it has been found that more aggressive breast cancers have a different stiffness than less aggressive types”, erklärt Brian Pratchett von der Utah Valley University.

Die Steifheit des Zytoskeletts kann also Aufschluss über bestimmte Krankheiten geben. Jedoch stellte es sich als schwierig heraus, diese zu ermitteln. Solange die Zellen in einer Petrischale waren, störten Reflektionen von der Oberfläche die Messung. Außerdem entspricht die Form von Zellen, die unter Laborbedingungen wachsen, nicht der, die sie natürlich im Körper hätten, da die Petrischale das Wachstum beeinflusst.


Schwebende Zellen erleichtern die Messung

Das Team musste also eine Methode entwickeln, um diese Fehler zu eliminieren. Die Lösung heißt akustische Levitation in einer Flüssigkeit. So können die Forscher ihre Messungen mit minimalen Interferenzen durchführen. Dabei kommen zwei Formen von Ultraschallwellen zum Einsatz: Mit niederfrequenten Ultraschallwellen werden die Zellen in der Flüssigkeit suspendiert, während hochfrequente Wellen die Steifheit des Zytoskeletts messen. Für die Suspension in der Flüssigkeit mussten die Forscher sich eines Phänomens namens stehende Welle bedienen, bei der die Schallwellen zwischen einem Wandler und einer reflektierenden Fläche gefangen werden.

Wie der Name schon nahelegt, handelt es sich bei stehenden Wellen nicht um sich ausdehnende Schallwellen, sondern um Schall in einer Art stehenden Vibration. Innerhalb der stehenden Welle gibt es Bereiche, die sehr unruhig sind und Bereiche, die deutlich ruhiger sind und in denen der Druck weitestgehend gleich bleibt. In letzteren Bereichen sammeln sich die Zellen in Schichten in der Flüssigkeit, was es den Forschern erlaubt, ohne große Störungen die Steifheit des Zytoskeletts mit den hochfrequenten Schallwellen zu messen.

Da histologische Diagnostik oft noch während einer Operation durchgeführt wird, ist es wichtig, dass die Diagnosemethoden möglichst schnell zu einem Ergebnis kommen. Die Methode der “schwebenden Zellen” benötigt unter 25 Minuten, um mit einem festen Gewebe als Ausgangsstoff zu einem Ergebnis zu kommen.

Die Methode soll später im Bereich der personalisierten Medizin eingesetzt werden, bei der Behandlungsmethoden individuell für den Patienten entwickelt werden. Momentan ist die Arbeit der Forscher noch nicht veröffentlicht, wurde aber auf einem Treffen der Acoustical Society of America präsentiert.

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