Der Biophysiker am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie in Göttingen erhält eine Forschungsförderung in Höhe von rund 1,1 Millionen Euro für die nächsten drei Jahre, zusammen mit seinen Kollegen Tiago Costa von der Delft University of Technology (Niederlande) und Andreas Hartel von der Columbia University (USA). Mithilfe der Finanzierung wollen die Forscher untersuchen, wie sich Ultraschallwellen physiologisch auf die zelluläre Signalübertragung mittels Ionenkanälen auswirken. Der Einsatz von Ultraschall ist eine neuartige, nicht-invasive Technik, mit der sich neue Einsichten gewinnen lassen, wie Zellen miteinander kommunizieren.
Wahrscheinlich kennt jeder das Kinderspiel „Stille Post“, bei dem eine Nachricht von Spielerin zu Spieler weitergeflüstert wird, und die auf ihrem Weg zunehmend an Sinn und Bedeutung verliert. Auch Zellen, die Bausteine aller lebenden Organismen, kommunizieren, indem sie Nachrichten – sogenannte Signale – von Nachbarzellen empfangen und an die nächste weitersenden. Anders als beim Spiel „Stille Post“ müssen lebende Zellen jedoch fehlerfrei kommunizieren, denn „Missverständnisse“ können mit schweren Schäden und Krankheiten enden – oder sogar tödlich.
Es gibt mehrere Arten, wie Zellen miteinander kommunizieren. Eine davon funktioniert über sogenannte Ionenkanäle – tonnenförmige Proteine in der Zellmembran. Werden diese aktiviert, transportieren sie Ionen von außen ins Innere der Zelle. Dies löst eine Reaktion aus, die wiederum ein Signal an die nächste Zelle sendet. Im Grunde funktionieren Ionenkanäle ähnlich wie Schalter, die durch Signale umgelegt werden und dadurch die zelluläre Kommunikation starten oder stoppen. Forschende verfügen über verschiedene Techniken, mit denen sie Ionenkanäle künstlich aktivieren können, um die Zellkommunikation im Detail zu untersuchen. Diese Methoden haben jedoch grundlegende Einschränkungen. „Sie können zu invasiv sein, was die Ergebnisse der Studien beeinträchtigen kann, oder sie erfordern genetische Veränderungen“, erklärt Kopec.
Der Projektleiter und seine Kollegen wollen nun die physiologischen Effekte einer kürzlich entwickelten, nicht-invasiven Technik – der sogenannten Sonogenetik – untersuchen, die Ultraschallwellen einsetzt, um Ionenkanäle zu aktivieren. „Bisher wissen wir, dass die Sonogenetik funktioniert, aber noch verstehen wir nicht, über welche physiologischen Mechanismen Ultraschallwellen die Ionenkanäle anregen“, sagt er. Diese Mechanismen möchte das Forscherteam identifizieren. Dafür kombinieren sie experimentelle Untersuchungen in den Labors von Costa und Hartel mit von Kopec erstellten Computersimulationen. Die Forscher hoffen, so neue Wege zu eröffnen, um die elektrophysiologischen Eigenschaften und Funktionen von Ionenkanälen zu untersuchen und das Verständnis der Zellkommunikation voranzutreiben.
Kontakt
Dr. Wojciech Kopec
Computational Biomolecular Dynamics Research Group
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Dr. Katja Rudolph
Press and Public Relations
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