Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 129 Issue 19

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPhotoChem, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2001, 113 (5), 942-946

Nr. 05/2001

Zellen auf den Zahn gefühlt

Ortsaufgelöste Detektion zellulärer Signale
mit Mikroelektroden

So winzig eine lebende Zelle sein mag, sie ist kein einheitliches Gebilde, sondern verfügt über "Organe": Zellorganellen, denen verschiedene Aufgaben zukommen. Auch die "Hülle" der Zelle, die Zellmembran, ist nicht einheitlich. Funktionelle Bausteine wie beispielsweise Ionenkanäle können ungleichmäßig über die Membran verteilt sein. Die physiologischen Aktivitäten einer einzelnen lebenden Zelle ortsaufgelöst zu beobachten - dieser Herausforderung haben sich Bochumer Forscher gestellt.

Mit Hilfe von Mikroelektroden konnte bereits eine Reihe biologischer Phänomene, etwa die Verteilung von Ionenkanälen oder die Ausschleusung von Botenstoffen, an einzelnen Zellen untersucht werden. Dazu muss die Mikroelektrode sehr nahe an die Zelle herangebracht werden - manuell oder mit piezogetriebenen Mikromanipulatoren. Die Elektrode wird auf die Zelle zu bewegt, bis sie die Membran berührt, und dann auf einen bestimmten Abstand zurückgezogen. Kein befriedigendes Verfahren, können doch die Eletroden dabei kontamiert, die zellulären Vorgänge gestört oder die Zelle gar zerstört werden. Auch lässt die Reproduzierbarkeit sehr zu wünschen übrig.

Wolfgang Schuhmann und sein Team haben eine viel versprechende Alternative entwickelt. Sie benutzen ein elektrochemisches Rastermikroskop, das sie mit speziell hergestellten superfeinen Kohlenstofffaser-Elektroden ausstatten. Das Entscheidende: Die Elektrode wird in Schwingung versetzt. Nimmt der Abstand der Elektrode zur Zelloberfläche ab, werden die Schwingungen aufgrund von Scherkräften gedämpft. Diese Änderung der Schwingungen lässt sich mit Hilfe eines Lasers registrieren. So kann der Abstand zur Zelle - etwa 0,0001 mm - kontrolliert und konstant gehalten werden.

Rastern die Wissenschaftler mit dem neuartigen Versuchsaufbau eine Zelloberfläche ab und registrieren dabei die Auslenkung der Elektrode, erhalten sie ein topologisches Bild der lebenden Zelle - ohne sie zu stören. Die Elektrode kann nun an einer definierten Stelle der Zelle positioniert werden. Dosiert man über eine Glaskapillare einen Wirkstoff zu, lässt sich die zelluläre Reaktion, z.B. eine Ausschüttung von Neurotransmittern, mit der Mikroelektrode verfolgen. Nach einer Ruhephase kann die Messung an einer anderen Stelle der Zelle wiederholt werden.

"Die weitere Verkleinerung des Elektrodendurchmessers ist unser nächstes Ziel, denn diese Größe limitiert die Ortsauflösung," erzählt Schuhmann. "So hoffen wir, auch metabolische Reaktionen an Substrukturen von Zellen aufzuklären."

SEARCH

SEARCH BY CITATION