DeLIVER
Wissenschaft ist schön. Begleiten Sie uns auf eine visuelle Tour durch das Labor, bei der wir uns Leberzellen mit unterschiedlichen Mikroskopen anschauen und Ihnen über unser Projekt berichten. Vielleicht werden Sie dadurch ebenfalls inspiriert?
Wenn Sie Ihre Hand rechts unter Ihre Rippen halten, finden Sie Ihre Leber. Sie reinigt und filtert giftige Substanzen aus dem Körper. Foto: Stig Brøndbo/UiT
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Die Leber hat eine große Anzahl an Kapillargefäßen (Lebersinusoid), welche aus speziellen Leber-Endothelzellen (LSECs) bestehen. Diese Zellen haben viele Nanometer große Poren (Fenestrae), welche für das filtrieren von Molekülen und kleinen Partikeln aus dem Blut zuständig sind. Diese Poren sind so klein, dass man sie nicht mit konventionellen Mikroskopen sehen kann, sondern hochauflösende Mikroskope (super-resolution), so genannte Nanoskope, braucht.
In diesem Bild sieht man eine Leber-Endothelzelle einer Maus. Dieses Bild wurde mit einem SIM-Mikroskop (structured illumination microscope), welches eine Auflösung von bis zu 100nm hat, gemacht. Die kleinen schwarzen Löcher in den grauen Bereichen der Zelle sind die Fenestrae. Einfach gesagt: funktionelle Löcher in der Zelle.
Man weiß noch nicht sehr viel über die wichtigen physiologischen Funktionen der Fenestrae und ihrer Rolle beim Transport von Stoffen und filtrieren in der Leber und anderen Organen. Die Fenestrae entfernen und bauen Medikamente, Viren und Abfallprodukte ab und sind deswegen wichtig für pharmazeutische Untersuchungen, wie die Medikamentenaufnahme. In unserem Projekt arbeiten wir mit unterschiedlichen hochauflösenden Mikroskopen, damit wir die Zellen und ihre Fenestrae über die Zeit beobachten können und herausfinden können, wie sie auf bestimmte Stoffe/Substanzen und natürliche biologische Veränderungen reagieren.
Leber-Endothelzellen unter einem Lichtmikroskop. Die Zellen wurden aus der Leber eines Menschen isoliert und in einer Petrischale kultiviert. Endothelzellen mögen den Kontakt zueinander, da sie in den Blutgefäßen eng aneinander liegen.
Menschliche Leber-Endothelzellen. Blau: Zellkern (Nukleus), rot: Zellmembran, grün: Zellskelett.
Fluoreszenzfarbstoffe sind nützliche Substanzen, um die Behandlung von Zellen mit Medikamenten zu verfolgen. Fluoreszenz wird benutzt, um zu sehen, ob die Wirkstoffe den richtigen Wirkungsplatz erreichen. Dieses Bild zeigt uns, dass die Zellen (in grau) den Wirkstoff (grün) aufgenommen haben. Allerdings können wir nicht sehen, ob der Wirkstoff im richtigen Bereich der Zelle angekommen ist.
Aber wie können wir uns angucken, wo die Substanzen landen? Dafür nutzen wir hochauflösende Mikroskopie, wie man im nächsten Video sehen kann.
Mikroskopie kann unsere Größen-Vorstellungskraft auf andere Ebenen bringen. Links: Mikroskopbild von Lebergewebe. Rechts: Great Barrier Reef in Australien.
Es gibt verschiedene Formen von hochauflösender Mikroskopie. In diesem Bild kann man drei unterschiedliche Mikroskopietechniken und eine Bildanalysetechnik (oben) sehen. Das linke Bild in schwarz und weiß wurde mit einem SIM-Mikroskop aufgenommen, das untere Bild mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM, Englisch: SEM) und das rechte, rotbraune Bild mit einem Atomkraftmikroskop (AFM).
Leber-Endothelzellen aus Mauslebern. Wir benutzen ähnliche Bilder um die Fenestrae sichtbar zu machen und sie zu zählen, ihre Größe zu messen und uns den Einfluss von verschiedenen Stoffen auf die Zellen anzusehen. Die Farbe wird am Computer hinzugefügt. Vielleicht erinnern Sie die Bilder an ein Kunstwerk eines amerikanischen Künstlers?
Da Leber-Endothelzellen an den Wänden der Leberkapillaren liegen, arbeiten sie unter unterschiedlichen und wechselnden Bedingungen: Scherkräfte, Temperaturunterschiede, unterschiedliches Nährstoffangebot und wechselnde Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnisse. Die unterschiedlichen Veränderungen, die der Körper über den Tag durchmacht. Deswegen versuchen wir experimentelle Ansätze und Versuche zu entwickeln, die die wirklichen Konditionen widerspiegeln. Das ist wichtig, da wir unsere Experimente so nah an der Wirklichkeit wie möglich machen wollen.
Um die Strömungsdynamik in Kapillaren zu untersuchen werden Tests in mikrofluidischen Testsystemen mit mehreren Kanälen und farbigem Wasser durchgeführt. Im linken Bild sieht man ein vier-Kanalsystem. Grüner, roter, gelber und blauer Farbstoff wurde in das System geleitet. Im rechten Bild kann man die ausbalancierte Strömung an der gleichmäßigen Verteilung der vier Farben erkennen.
Leber-Endothelzellen im mikrofluidischen Testsystem.
Abstrakte Kunst oder Wissenschaft? Hela-Zellen, zehn Tage im mikrofluidischen Testsystem kultiviert und mit Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt. Der rote Farbstoff färbt tote Zellen und zeigt uns, dass die Strömung in der Ecke des mikrofluidischen Chip-Systems nicht dazu geeignet ist, Zellen längere Zeit zu kultivieren.
Instrumente, wie in diesem Bild, helfen uns die Veränderungen, die die Zellen im Körper durchmachen müssen im Labor nachzustellen. Sowas kann uns dabei helfen die natürlichen Reaktionen der Zelle, des Gewebes oder des Körpers auf bestimmte Substanzen vorherzusagen oder nachzustellen. Im Bild sehen wir die Cubix-Maschine im Aufbau (mit 24 multi-well-chip). Patent angemeldet von Cherry Biotec.
Optofluischer Chip in Entwicklung. Zellen können auf diesem im Mikroskop unter nahezu physiologischen Konditionen sichtbar gemacht und verfolgt werden.
Hier an der Universität Tromsø (UiT), der arktischen Universität Norwegens, arbeiten die Forschungsgruppen im Bereich der Gefäßbiologie, der Nanoskopie und die Forschungsgruppe für Arzneimitteltransport und –aufnahme zusammen mit anderen Universitäten und Firmen um neue hochauflösenden Mikroskopietechniken zu entwickeln. Wir wollen diese nutzen, um die negativen Effekte von Leberkrankheiten und des Alterns auf die Leber rückgängig zu machen.
Die Bilder der Ausstellung sind Eigentum der Wissenschaftler und Partner des DeLIVER-Projekts. Haben Sie Fragen zur Ausstellung? Kontaktieren Sie Doktorandin Larissa Kruse, UiT, Arktische Universität Norwegen (larissa.kruse@uit.no).
Dieses Projekt wurde vom Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen des Marie Sklodowska-Curie Grant Agreement Nr. 766181, Projekt „DeLIVER“, gefördert.
DeLIVER ist ein wissenschaftliches Projekt, welches von der Europäischen Union unter dem Horizon 2020 Wissenschafts- und Innovationsprogramm finanziert wird. 13 junge Wissenschaftler aus unterschiedlichen europäischen Ländern und Universitäten werden in der biomedizinischen Forschung und in Mikroskopietechniken ausgebildet und trainiert. Der Fokus liegt im Verständnis und der Untersuchung der Struktur und Funktion von Zellen, die für die Leberfunktion und gesundes altern wichtig sind. Erfahren Sie mehr über das Projekt hier: www.deliver-itn.eu
