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Medizinmechatroniker erforschen Bindewirkung von Zellen

Der Körper besteht aus rund 100 Billionen Zellen. Diese halten fest zusammen – oder auch nicht. Schließlich wird der Körper ständig umgebaut.Baumgartner Werner, Medizin- und Biomechatronik 2.jpg „Wunden müssen heilen, Stoffe werden zwischen Zellen ausgetauscht und die Synapsen (Verbindungen zwischen Nervenzellen) wachsen und schrumpfen beim Lernprozess“, erklärt Univ.Prof. Dr. Werner Baumgartner vom Institut für Medizin- und Biomechatronik.

Es herrscht also reger Verkehr in unserem Inneren, und dazu müssen die Zellen auch mal loslassen können. Nicht zu viel allerdings, sonst würden die Organe auseinander fallen. Ermöglicht wird dieses Haften und selektive Loslassen durch spezielle Proteine (Eiweiße), so genannte Adhäsionsrezeptoren. Am Institut für Medizin- und Biomechatronik werden diese Vorgänge unter die Lupe genommen. „Wir untersuchen, welche Kräfte wirken und welche Stoffe die Trennungs- und Bindevorgänge der Zellen beeinflussen. Von Kalzium und Zink wissen wir zum Beispiel, dass sie in den Prozess eingebunden sind.“

Hoffnung, Metastasen zu unterbinden

Medizinisch sind diese Vorgänge enorm wichtig; beispielsweise bei einer Entzündung: Die Zellen öffnen ihre Kontakte, um Immunzellen zum Entzündungsherd durchzulassen, was zu einer lokalen Schwellung (Ödem) führt. An manchen Stellen sollte das aber nicht passieren, Lungenödeme etwa können lebensbedrohend sein. Auch Krebsmetastasen hängen mit den Bindekräften der Zellen und insbesondere mit dem Verhalten der Adhäsionsrezeptoren zusammen: „Hier lösen sich Krebszellen, weil die Bindungen zu schwach sind, und wandern im Körper. Wenn man das unterbinden könnte, wäre es möglich, die Ausbreitung des Tumors zu verhindern“, erklärt Baumgartner. Gemeinsam mit seinen KollegInnen konnte er bereits nachweisen, dass die Adhäsionsrezeptoren der Zellen allgemein über eine sehr niedrige Affinität (Bindungsstärke) verfügen. „Kurz: Die Zellen binden bombenfest!“ Überraschend auch: „Die Bindungen bestehen nur ganz kurz, zwischen 0,5 bis 1 Sekunde. Dann lösen sich die Adhäsionsrezeptoren wieder, um sich gleich darauf wieder zu binden.“ Allerdings hat eine Zelle sehr viele Adhäsionsrezeptoren, deren Bindungen die Zelle kontrollieren und koordinieren kann. Dieses erstaunlich dynamische, aber auch unerwartet stabile System stellt herkömmliche Messmethoden oft vor unlösbare Aufgaben. Daher wird in Baumgartners Labor auch selbst Hand angelegt: „Wir bauen neue Apparate, mit denen diese schnellen und kaum wahrnehmbaren Prozesse messbar gemacht werden können“.

MED: Hervorragende Forschungsinfrakstruktur

An der JKU hat Baumgartner einen neuen Chromatographen gebaut, um die Affinität der Zellen zu messen. So konnten die JKU-ForscherInnen erstaunliche Entdeckungen machen: „Wir haben entdeckt, dass eine spezielle Form von Adhäsionsrezeptoren in den Darmzellen sehr wahrscheinlich den Flüssigkeitstransport regelt und dafür verantwortlich ist, dass der Kot konzentriert, also fest ist. Bislang war unklar, wofür diese LI-Cadherine, das ist ein spezielles Protein, eigentlich da sind“, freut sich Baumgartner über den neuesten Forschungserfolg, der gerade publiziert wurde. Klar ist: Unsere Zellen halten noch viele Überraschungen bereit.