Den Fußabdruck von Zellen messen

Im Sport zählen kleinste Unterschiede: Um die Leistungen eines Skispringers zu verbessern, kann der Trainer den Absprung mit Kraftsensoren sehr genau analysieren. Ähnliches haben Forscher aus Jena und Bremen vor. Sie arbeiten jedoch nicht mit Sportlern, sondern mit winzigen Körperzellen.

Die Experten haben einen kostengünstigen optischen Sensor entwickelt, der misst, mit welcher Kraft sich wandernde Zellen vom Untergrund abdrücken. Solche Kraft-Analysen könnten künftig helfen, bestimmte Zelltypen zu identifizieren – besser als man es bisher mit dem Mikroskop oder anderen Methoden kann.

Der Sensor ist das Ergebnis eines EU-Projekts. Er besteht aus einer glatten Oberfläche, die ähnlich dem Nagelbrett eines Fakirs mit 250 000 winzigen Kunststoffsäulen von nur fünf Mikrometer Durchmesser gespickt ist. Diese Säulen sind aus elastischem Polyurethan-Kunststoff gefertigt. Gleitet eine Zelle darüber hinweg, biegt sie diese ein wenig zur Seite. Diese Auslenkung wird von einer Digitalkamera erfasst und von einer speziellen Software ausgewertet. Die Forscher um Projektleiter Dr. Nobert Danz vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena haben bereits demonstriert, dass ihr »Cellforce«-Sensor funktioniert.

Erste biologische Tests sollen nun zeigen, wie sich verschiedene Zelltypen verhalten. »Die Analyse der Zellbewegung ist für viele Anwendungen von Bedeutung«, sagt Danz. »Etwa um zu kontrollieren, ob Knochenzellen ein Implantat erfolgreich besiedeln oder wie gut Wunden verheilen.«

Die Entwicklung war kein einfaches Unterfangen: Zum einen müssen die Säulen so beschichtet sein, dass sich lebende Zellen gerne über ihre Spitzen hinwegbewegen. Andernfalls würden die Zellen von den Spitzen hinabsteigen und zwischen den Säulen weiterkriechen. Die Auslenkung wäre dann gleich null. Danz’ Aufgabe war es, das für die Vergrößerung der Zellen benötigte Mikroskop exakt auf die Anwendung anzupassen. Nicht weniger knifflig ist die Konstruktion der feinen Säulenstruktur, die Forscher am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen entwickelt haben: Sie drücken flüssigen Kunststoff mit einem Druck von 2000 bar in eine Negativ-Form und lassen ihn aushärten.

Bereits die Herstellung der dazu benötigten Form mit 250 000 mikrometerfeinen Löchern ist eine Herausforderung. Damit sich der Cellforce-Sensor künftig kostengünstig produzieren lässt, verwenden die Forscher handelsüblichen Kunststoff und gängige Verfahren aus der Chip-Fertigung. In einem Jahr soll ein erster »Cellforce«-Prototyp fertig sein.