JPK Instruments, ein weltweit führender Hersteller von Nano-analytik-Instrumenten für den „Life Sciences“- und „Soft Matter“-Bereich, berichtet über den Einsatz der CellHesion®- und NanoWizard®-Rasterkraftmikroskopsysteme (engl. Atomic Force Microscope – AFM) zur Erforschung des Zentralnervensystems am Department of Physiology, Development & Neuroscience der Universität Cambridge.

Dr. Kristian Franze leitet eine Forschungsgruppe am Department of Physiology, Development and Neuroscience der Universität Cambridge. Das Ziel seiner Gruppe ist zu verstehen, wann, wie und wo mechanische Signale wie Kräfte und lokale Gewebefestigkeit bei der Steuerung der Zellentwicklung und –funktion im Nervensystem beteiligt sind. Mit den JPK-Systemen möchte die Gruppe insbesondere herausfinden, wie die mechanische Umgebung von Zellen im Zentralnervensystem (ZNS) beschaffen ist, sowohl bei der Entwicklung im Embryo als auch bei der Regeneration des Gewebes in der Wirbelsäule oder im Gehirn. Mit AFM- und CellHesion®-Technik, sowie mit anderen Mikroskopiemethoden (darunter sowohl kommerziell erhältliche Mikroskope als auch Eigenbausysteme), konnten Dr. Franze und seine Kollegen zeigen, dass Nervengewebe mechanisch heterogen ist. Desweiteren haben sie herausgefunden, dass Neuronen ständig Kräfte auf ihre Umgebung ausüben und dass sowohl Gliazellen als auch Neuronen auf mechanische Signale antworten. Das Verständnis, wann und wie ZNS-Zellen aktiv Kräfte ausüben und auf ihr mechanisches Umfeld antworten, wird ein neues Licht auf die Entwicklung des ZNS werfen und möglicherweise zu neuen biomedizinischen Ansätzen führen, Krankheiten zu behandeln oder zu verhindern, bei denen mechanische Signalübertragung beteiligt ist.

Rasterkraftmikroskopie ist eine gut etablierte Methode, um Kräfte zu messen. Mit einem CellHesion®-Modul kann diese Fähigkeit erheblich erweitert werden. So können damit Zell-Zell- und Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen unter physiologischen Bedingungen quantifiziert werden. Gleichzeitig mit diesen Kräften können zytomechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Elastizität bestimmt werden. In Dr. Franzes Gruppe wird der CellHesion®-Aufbau zum Beispiel eingesetzt, um die Steifigkeit von Hirngewebe bei lebenden Froschembryonen mit zellulärer Auflösung zu messen und gleichzeitig zu beobachten, wie fluoreszenzmarkierte Neuronen in dieser Region wachsen.

Dr. Franze arbeitet mit NanoWizard®-Rasterkraftmikroskopen seit er 2002 als Doktorand sein erstes JPK-System gekauft hat. Seitdem hat er sich immer wieder für Systeme von JPK Instruments entschieden. Dr. Franze über seine Beweggründe: „Ich schätze besonders den großen Verfahrweg von 100μm in z-Richtung. Das ist essentiell, um ganze Gewebe in lebenden Embryonen abtasten zu können. Mir gefällt auch die ExperimentPlanner™-Software, mit der wir ganz leicht unsere eigenen Experimente entwerfen können. Außerdem ist der Support, den wir von Alex Winkel bei JPK bekommen, ganz großartig und bekräftigt die hervorragende Beziehung, die wir mit dieser Firma haben.“

2016 war bisher ein gutes Jahr für die Gruppe, um Forschungsergebnisse zu publizieren. Unter anderem wurde ein Artikel mit den Ergebnissen der in-vivo-Messungen an Hirngewebe bei Nature Neuroscience veröffentlicht1.

JPK Instruments entwickelt, konstruiert und fertigt Instrumente in Deutschland zu weltweit anerkannten Standards der deutschen Feinmechanik, Qualität und Funktionalität. Für weitere Einzelheiten über das NanoWizard® AFM-System und seine Anwendungen, sowie weitere Produkte besuchen Sie uns auf der JPK Webseite www.jpk.com, YouTube, Facebook oder LinkedIn.

1 Mechanosensing is critical for axion growth in the developing brain, Kristian Franze et al; Nature Neuroscience (2016) doi:10.1038/nn.4394

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