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Mechanische und chemische Wellen leiten neue Hautzellen zu Wunden

Treten zeitversetzt auf und geben einer Zellschicht dadurch die Information, in welcher Richtung sich eine Wunde befindet.

09/28/2020, 05:00 PM

Zwei zeitversetzte Wellen weisen Hautzellen den Weg zu einer Wunde, berechneten Klosterneuburger Forscher. Zuerst werden die Zellen von einer mechanischen Welle erfasst, die sie nur ein wenig vor- und zur√ľckbewegt. Dann folgt eine Welle chemischer Signale. Aus dem Zeitunterschied zwischen den beiden Wellen k√∂nnen die Zellen die Richtung zur Wunde erkennen und bewegen sich dort hin, erkl√§ren die Forscher im Fachjournal Nature Physics.

Ein Team um Edouard Hannezo vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg erstellte ein mathematisches Modell, um zu erforschen, was in einer Schicht von Zellen, so wie etwa bei einer Hautschicht, vonstattengeht, wenn es in ihrer Umgebung zu einer Verletzung kommt. Solche Zellen k√∂nnen ein Dr√ľcken und Ziehen von Nachbarzellen wahrnehmen und reagieren auf Ver√§nderungen durch √Ąnderung der Aktivit√§ten ihrer Eiwei√üstoffe (Proteine).

Treiben Bewegung an

"Das Zusammenspiel von Zellbewegung, Wahrnehmung der Umgebung und Eiwei√üstoff-Aktivierung in den Zellen f√ľhrt zu gekoppelten mechanischen und chemischen Wellen, in denen die Information √ľber ihre Richtung kodiert ist", so die Forscher in einer Aussendung. Die mechanische Welle dr√ľckt die Zellen in manchen Bereichen dichter aneinander und in anderen Bereichen sind sie weniger nahe beisammen. Durch diese Welle werden Zellen von ihren Nachbarn geschoben und gezogen und bewegen sich hin und her, ohne sich insgesamt fortzubewegen.

"Eine Zelle hat bei der Dichtewelle keine M√∂glichkeit, die Richtung zu erkennen, aus der die Welle kommt, und daher auch keine Information √ľber den Ort einer Wunde", erkl√§ren sie. Zeitversetzt werden die Zellen aber von einer zweiten, chemischen Welle erfasst, in der ihre Eiwei√üstoffe aktiviert werden. "Sie trifft die Zelle etwas nach der Dichtewelle aufgrund der Verz√∂gerung, welche die Proteine zur Aktivierung brauchen", berichten die Forscher.

Die Proteinaktivit√§t steuert die Geschwindigkeit, mit der sich die Zellen bewegen: Schnell, wenn sie in Richtung der Wunde gezogen werden, und langsam, wenn sie weggeschoben werden. Dadurch bewegen sie sich insgesamt auf die Wunde zu. Die beiden Wellen verst√§rken einander: Die chemische Welle in Form von Protein-Aktivierung wird durch Zellbewegung und mechanische R√ľckkoppelung auf Touren gebracht. Die chemischen Prozesse in den Zellen ver√§ndern wiederum die Zellform und treiben die Bewegung an.

Das Ganze passiert nicht nur im Modell im Computer, sondern auch bei echten Zellen, so die Forscher. Sie statteten Zellen mit einem Eiweißstoff aus, der bei der Aktivierung aufleuchtet und konnten so die Wellen der Proteinaktivierung sichtbar machen, die sich in der Zellschicht ausbreiteten. Die im Computermodell vorhergesagten Wellenmuster waren auch im Experiment zu beobachten. "Besonders auffallend war, dass die Verzögerung zwischen den beiden Wellen nahe am theoretisch vorhergesagten Optimum lag, das den Zellen erlaubt, aus den Wellen ein Maximum an Informationen zu gewinnen", erklären die Forscher.

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