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Wieviel wiegt das Leben?

ETH-Forscher haben eine Zell-Waage entwickelt, mit der sich erstmals sowohl das Gewicht einzelner lebender Zellen schnell und präzise bestimmen lässt, als auch dessen Veränderung über die Zeit. Die Erfindung stösst auch
ausserhalb der Biologie auf grosses Interesse.

Ob Regenwurm, Sonnenblume oder Mensch – wir alle bestehen aus Zellen. Kein Wunder also, dass Forschende sich intensiv mit diesen Grundbausteinen des Lebens beschäftigen. Viele ihrer Geheimnisse haben sie ihnen bereits entlockt. Doch das Gewicht lebender Zellen und dessen Veränderung in Echtzeit genau zu messen, war bisher nicht möglich. Es gab schlicht keine geeignete Messmethode.

Neuartige Zellwaage mit hoher Auflösung

Das ist nun anders: Wissenschaftler der Forschungsgruppe Biophysik unter der Leitung von ETH-Professor Daniel J. Müller haben in Zusammenarbeit mit Christoph Gerber von der Universität Basel und Jason Mercer vom University College London eine neuartige Zellwaage entwickelt. Mit dieser ist es nicht nur möglich, die Masse lebender Zellen innert kürzester Zeit zu bestimmen, sondern auch zu verfolgen, wie sich deren Gewicht über die Zeit verändert. Und das mit einer Auflösung von Millisekunden und Billionstel Gramm.
Gewogen werden die Zellen, die normalerweise rund zwei bis drei Nanogramm wiegen, unter kontrollierten Bedingungen in einer Zellkulturkammer. Der Wägearm, ein winziges, hauchdünnes, transparentes und mit Collagen oder Fibronektin beschichtetes Siliziumplättchen, wird zum Boden der Kammer heruntergefahren, stupst dort eine Zelle an und nimmt sie auf. «Für die Messungen hängt die Zelle quasi kopfunter an der Unterseite eines winzigen Federbalkens», sagt Gotthold Fläschner, einer der Hauptbeteiligten an der Entwicklung der neuen Waage.

ETH-Forschende entwickelten eine hochsensible Waage, welche das Gewicht einer einzelnen Zelle misst. Bild: Martin Oeggerli, micronaut.ch / ETH Zürich / Uni Basel

 

Gewicht und Zellaktivität gleichzeitig beobachten

Auf der Seite, an welcher der mikroskopische Federbalken befestigt ist, wird dieser mithilfe eines blauen, pulsierenden Lasers minim zum Schwingen angeregt. Ein zweiter, sehr schwacher infraroter Laser misst vorne, wo die Zelle hängt, die Schwingungen, zuerst ohne und dann mit Zelle. «Aus der Differenz der beiden Schwingungen lässt sich die Masse der Zellen errechnen», erklärt David Martínez-Martín, der die Zellwaage entwickelt und gebaut hat.
Auf dem Computerbildschirm wird das Gewicht und dessen Veränderung als Kurve dargestellt und kann über den gesamten Zeitraum der Messung – seien das nun Millisekunden oder Tage – abgelesen werden. Da die Messapparatur samt Zellkultur direkt auf dem Objekttisch eines leistungsstarken Fluoreszenzmikroskops montiert ist, kann zusätzlich zur Gewichts-Messung alles, was gleichzeitig im Innern der gewogenen Zellen vorgeht, gefilmt und beobachtet werden.

Gewicht von lebenden Zellen schwankt

So lässt sich beispielsweise verfolgen, wie sich das Gewicht während Zellzyklus und Zellteilung verändert, welchen Einfluss verschiedene Substanzen auf die Masse der Zellen haben oder was passiert, wenn ein Virus sie befällt. Martínez-Martín und Fläschner haben diverse solche Experimente durchgeführt.
Eine besonders bemerkenswerte Beobachtung: «Wir haben festgestellt, dass das Gewicht lebender Zellen kontinuierlich um ein bis vier Prozent schwankt, während sie ihr Gesamtgewicht regulieren», sagt Martínez-Martín. Tote Zellen zeigen diese Schwankungen im Sekundenbereich nicht, wie die Biophysiker nachweisen konnten. Die Forscher sind begeistert. Fläschner: «Wir sehen hier Dinge, die noch niemand vor uns beobachtet hat.»

Grosses Interesse an Zellwaage

Wo immer die ETH-Wissenschaftler von ihrer Neuentwicklung berichten, stossen sie auf grosses Interesse. «Die Masse der Zelle ist ein sehr guter Indikator für ihre Physiologie», erklärt Martínez-Martín die Begeisterung. Logisch also, dass sich Biologen aller Richtungen für die neue Messmethode interessieren. Auch für Medizin und Pharmaindustrie könnte sie interessant sein. Man könnte damit das krankhafte Wachstum von Zellen untersuchen und den Einfluss von Medikamenten darauf testen.
Überraschender ist, dass sich auch Materialwissenschaftler für das Gerät interessieren. «Dort geht es vor allem um die sogenannte Funktionalisierung von Nanopartikeln, also darum, die Oberflächen von sehr kleinen Partikeln zu verändern», erklärt Martínez-Martín. Dieser Tage stellten die beteiligten Wissenschaftler ihre Erfindung in der Fachzeitschrift «Nature» erstmals einem breiten wissenschaftlichen Publikum vor. Die neue Wäge-Methode ist unterdessen patentrechtlich geschützt. Die Chancen, dass Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen die vielversprechende neue Zell-Waage bald selbst nutzen können, stehen jedoch gut: Die Schweizer Firma Nanosurf AG arbeitet als Lizenznehmerin bereits an einem serienreifen Gerät.

 

Quelle: ETHZ

Aktuell

ZHAW Science Week seit fünf Jahren: spannende Kurse für Jugendliche

Was ist in Chips drin? Haben Roboter Gefühle? Ist Rotkohl rot oder blau? Antworten auf diese und andere Fragen gibt die Science Week vom 6. bis 10. August 2018 an der ZHAW in Wädenswil. Ju- gendliche zwischen 12 und 15 Jahren werden zu Forscherinnen und Forschern und erleben Naturwis- senschaften hautnah. Dabei experimentieren sie selbst und setzen das Gelernte in die Praxis um. Die Science Week wird 2018 bereits zum fünften Mal durchgeführt.

Die ZHAW Science Week schreibt Erfolgsgeschichte. Das bunte Programm rund um Naturwi ssenschaften lockt seit 2013 jährlich rund 200 Jugendliche an. Sie erleben Hochschule hautnah und werden selbst zu For- schenden. Im Durchschnitt besuchen sie zwei bis drei Kurse. Vor zwei Jahren wurde die Science Week um zwei Angebote erweitert. Neu bekommen auch jüngere Geschwister im Alter zwischen 6 und 11 Jahren ei- nen Einblick in die Naturwissenschaften. Und mit dem «Girls-Only-Day» werden Mädchen angesprochen, die sich für die MINT-Disziplinen interessieren, aber in ihrem Kurs unter sich bleiben wollen.

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Evonik wandelt Projekthaus Medical Devices in ein Kompetenzzentrum um

Die Menschen werden nicht nur immer älter, sie wollen auch bis ins hohe Alter gesund und aktiv sein. Entsprechend steigt der Bedarf an Medizinprodukten. Spezialpolymere wie RESOMER® und VESTAKEEP® von Evonik spielen hier als Implantatmaterialien bereits eine wichtige Rolle. Um diesen attraktiven Wachstumsmarkt noch besser bedienen zu können, hat Evonik in den vergangenen vier Jahren mit seinem Projekthaus Medical Devices umfangreiche Kompetenzen im Bereich orthopädische Chirurgie aufgebaut – in den USA, dem größten Einzelmarkt für Medizintechnik. Das zeitlich befristete Projekthaus in Birmingham (Alabama) wird zum 1. April 2018 in ein dauerhaftes Kompetenzzentrum überführt.

„Wo es um patientenfreundliche medizintechnische Lösungen geht, wollen wir Evonik als führenden Materialanbieter und Entwicklungspartner positionieren“, sagt Harald Schwager, stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Evonik und zuständig für Innovation. „Das Projekthaus hat uns hier ein großes Stück vorangebracht.“

Über 20 hochqualifizierte Wissenschaftler beschäftigen sich in Birmingham seit 2014 mit der Weiterentwicklung bestehender Materialien und Anwendungstechnologien. Neben etablierten Technologien wie dem Extrusions- und Spritzgussverfahren setzt das Projekthaus moderne Prozesstechnologien wie 3D-Druck und Elektrospinning ein, um Materialeigenschaften zu untersuchen und Prototypen herzustellen.

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Flüssigkeitsanalyse-Spezialist Endress+Hauser Conducta erhält den European Business Award sowie das TOP JOB-Siegel

Endress+Hauser Conducta ist zum fünften Mal in Folge mit dem European Business Award ausgezeichnet worden. Das Kompetenzzentrum der Endress+Hauser Gruppe für Flüssigkeitsanalyse setzte sich 2018 in der Kategorie „Business of the Year“ als „National Winner“ durch. Außerdem erhielt das Unternehmen als einer der besten Arbeitgeber im deutschen Mittelstand auch wieder das TOP JOB-Siegel.

„Begeisterte Mitarbeiter und der Fokus auf kundenorientierte Innovationen bilden die Basis für unseren nachhaltigen Erfolg”, sagt Dr. Manfred Jagiella, Geschäftsführer von Endress+Hauser Conducta und Mitglied des Vorstands der Endress+Hauser Gruppe.

Der European Business Award wird seit 2007 in elf unterschiedlichen Kategorien verliehen. Die Jury, bestehend aus namhaften Vertretern aus Politik und Wirtschaft, bewertet die Innovationskraft, die ethische Ausrichtung, den wirtschaftlichen Erfolg sowie eine nachhaltige Unternehmensausrichtung, die flexibel auf dynamische Marktbedingungen reagiert.

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Achema

ACHEMA

11. - 15. Juni 2018
Frankfurt am Main
Weltforum und Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

www.achema.de

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

7.Juni 2018

 

Sählihof, Riggenbachstrasse 8, Olten

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Veranstalter: Contrec AG

Tel 0447463220

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https://www.contrec.ch/seminar-gase-regeln

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ILMAC Lausanne

ILMAC Lausanne

3. und 4. Oktober, 2018
Expo Beaulieu Lausanne
für die frabzösischsprachige Schweiz
Platforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

ilmac.ch/lausanne

 

IFAS 2018

 

IFAS 2018

23.-26. Oktober 2018
Messe Zürich
Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

www.ifas-messe.ch