Nanonadeln analysieren Zellprozesse

Cambridge (USA) – Ununterbrochen kommunizieren Zellen in Lebewesen über chemische und elektrische Signale. Diese Prozesse könnten bald mit einem neuen Analysewerkzeug untersucht werden, das nun amerikanische Physiker entwickelt haben. Dabei können filigrane und innen hohle Nanonadeln schonend in umhüllende Zellmembranen stechen und die elektrische Aktivität der lebenden Zellen bestimmen helfen. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, verliefen erste Messungen an Kulturen von Hühnerzellen bereit erfolgreich.

Nanonadel durchstößt eine Zellmembran
Nanonadel

„Die Nanoröhrchen können spontan die Zellmembran durchstoßen und erlauben eine Messung der intrazellularen Aktivität“, erläutern Charles M. Lieber und seine Kollegen von der Harvard University in Cambridge. Für ihren ersten Prototypen züchteten sie ein nur wenige Millionstel Millimeter kleines Nanoröhrchen aus Siliziumdioxid. An dieses dockten sie direkt einen Feldeffekttransistor an, der im wesentlichen auf einem Nanodraht aus dem Halbleiter Germanium basiert. Durchstieß nun das Röhrchen die Zellmembran, zapfte es eine winzige Menge Zellflüssigkeit ab, die bis zum Transistor außerhalb der Zelle gelangte. Wegen der elektrischen Leitfähigkeit dieser Flüssigkeit - Zytosol genannt - konnte der Transistor die elektrische Aktivität der lebenden Zelle im Millivolt-Bereich messen.

Schon heute nutzen Biologen Mikropipetten, um Membranen durchstechen und die Eigenschaften von Zellen bestimmen zu können. Doch die nun präsentierten Nanonadeln sind um ein Vielfaches kleiner und damit schonender für die Zelle. Die Messungen an einer Kultur aus Hühnerzellen belegten, dass das neue Analysewerkzeug tatsächlich die elektrische Aktivität ohne große Folgen für die Zellen messen konnte. Reif für Anwendungen im Labor oder gar in der Medizin ist dieser Nanosensor noch nicht. Doch die Forscher hoffen, dass bald mit ganzen Arealen aus hohlen Nanonadeln und angeschlossenen Transistoren Biologen neue Erkenntnisse bei der Untersuchung von Zellen und deren Kommunikation untereinander gewonnen werden können.