Phsyiker der Uni Bayreuth am Schreibtisch

Uni Bayreuth: Wie man kranke von gesunden Blutzellen trennt

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Ein Internationales Forschungsteam der Uni Bayreuth hat, im Fachbereich Physik, ein neues Verfahren entwickelt: Damit kann man kranke von gesunden Blutzellen ganz einfach trennen. Denn die Blutzellen unterscheiden sich, je nach Krankheit, durch ihren unterschiedlichen Härtegrad voneinander.

Was festgestellt wurde

Unter der Leitung des Bayreuther Physikers Prof. Dr. Walter Zimmermann haben die Forscher, mithilfe von Strömungen in winzigen Mikrokanälen, härtere von weicheren Zellen trennen können. Manchmal sind gesunde Zellen weicher, manchmal kranke Zellen. Das komme auf die Krankheit an. Allerdings wandern weiche und harte Zellen im Kanal zu unterschiedlichen Anziehungslinien. So kann man sie am Ende des Kanals leicht voneinander trennen. Welchen Nutzen hat das für die Praxis? Zum Beispiel lassen sich Rückschlüsse ziehen, wie schwer eine Krankheit ausgeprägt ist.

Was bereits davor erforscht wurde

Mikrokanäle besitzen lediglich einen Durchmesser von 10 bis zu 500 Mikrometern. Der ausschlaggebende Punkt war ihre Form: Wie Forscher aus Bayreuth und Grenoble bereits zuvor herausfanden, beginnen sich Teilchen, wie Blut- oder Körperzellen, in der Strömung zu drehen. Bei geraden Kanalwänden, bewegten sie sich jeweils in die Mitte des Kanals. Auf dieser Linie, die anziehend wirkte, sammelten sich alle Teilchen.

„Wir waren daher neugierig darauf, wie sich weiche Teilchen verhalten, wenn sie in Strömungen durch Mikrokanäle mit welligen Wänden wandern. Diese Kanäle haben eine symmetrische Form, weil sie eine gerade Längsachse haben, während ihr Durchmesser abwechselnd kleiner und größer wird. Zuvor war noch nie untersucht worden, wie sich die Wanderungsbewegungen von Teilchen unter diesen Verhältnissen ändern.”

(Prof. Dr. Walter Zimmermann, Uni Bayreuth)

Welche Erkenntnis neu gewonnen wurde

Bei Mikrokanälen mit welligen Wänden, entstanden neben der mittigen Anziehungslinie, noch zwei weitere. Die Teilchen spalten sich nach Gewicht: Weiche Teilchen bewegten sich weiterhin auf einer Längsachse in Richtung Kanalmitte. Härtere Teilchen bewegten sich an den zwei zusätzlichen Anziehungslinien, diesmal wellenförmig, wie die Forscher aus Bayreuth, Grenoble und Jülich nun feststellten:

Teilchen im Mikrokanal - Uni Bayreuth - mit unterschiedlichen Seitenwänden

Verteilung von Teilchen in einem Mikrokanal mit geradlinigen (oben) und mit welligen (unten) Seitenwänden. Grafik: Christian Göppner.

 

„Aufgrund dieser grundlegenden physikalischen Entdeckung wollten wir herausfinden, ob sich daraus Anwendungen für die Medizin ableiten lassen, und haben das Verhalten von härteren und weicheren roten Blutzellen untersucht.”

(Winfried Schmidt M.Sc., Doktorand im Elite-Studienprogramm Biological Physics in Bayreuth)

Auch Teilchen, die unterschiedlich groß sind, können durch dieses Verfahren voneinander getrennt werden. Sie wandern ebenso auf unterschiedlichen Anziehungslinien.

„Unsere Resultate haben wir durch theoretische Überlegungen und Berechnungen sowie durch Computersimulationen erzielt. Physical Review Letters, eine der führenden Fachzeitschriften in der Physik, fand unsere Studie bereits ohne experimentelle Überprüfung so überzeugend, dass sie zur Veröffentlichung angenommen wurde.”

(Matthias Laumann M.Sc., Physik-Doktorand an der Universität Bayreuth)

Das Team freue sich darüber, wenn mehr Experimente von Forschern zu diesem Thema begonnen werden, so Zimmermann.