welchen einfluss hat eine kalorienreiche ernährung auf fettzellen? diese und weitere fragen lassen sich mithilfe von mikrofluidischen plattformen erfor- schen. foto: volff/fotolia zum weiterlesen wu, x. / schneider, n. / platen, a. et al. (2016): in situ characterization of the mtorc1 during adipogenesis of human adult stem cells on chip. in: pnas 113/29, s. e4143–e4150. doi: 10.1073/pnas.1601207113 blazek, m. / zengerle, r. / meier, m. (2015): analysis of fast phosphoryla- tion kinetics in single cells on a microfluidic chip. in: lab on a chip 15/3, s. 726–734. doi: 10.1039/c4lc00797b blazek, m. / betz, c. / hall, m. n. et al. (2013): proximity ligation assay for high-content profiling of cell signaling pathways on a microfluidic chip. in: molecular & cellular proteomics 12/12, s. 3898–3907. doi: 10.1074/ mcp.m113.032821 team beispielsweise ein programm zur automatisierten proteinanalyse integriert. „wir wollen so die signalwelt der zellen verstehen und herausfinden, wann welches protein als teil eines signalnetzwerks aktiviert wird.“ außerdem spiele die signalstärke als träger von information eine rolle, ähnlich wie bei einem telefonat über ein handynetzwerk: ist der empfang schlecht, also das netzwerk schwach, werden weniger informa- tionen übertragen – man hört nur bruchstücke oder einzelne silben von dem, was die gesprächs- partnerin oder der gesprächspartner sagt. bei ihren ersten untersuchungen von stamm- zellen und adipozyten auf der chip-plattform be- obachteten die wissenschaftler die proteine des mtor-signalwegs. „wir haben neue erkennt- nisse gewonnen, die zeigen, dass nur ein bestimm- ter teil dieses signalwegs am reifungsprozess der stammzellen zu differenzierten fettzellen beteiligt ist, nicht der gesamte, wie bislang ange- nommen“, sagt meier. „außerdem haben wir bei- spielsweise gezeigt, dass der signalweg gehemmt wird, wenn die stammzellen nicht genügend nährstoffe erhalten und hungern.“ darüber hinaus hat sich die annahme der forscherinnen und forscher bestätigt: stammzellen lagern mehr lipide – das heißt fettmoleküle – ein und werden daher größer, während sie sich zu adipozyten entwickeln, wenn sie häufiger „gefüttert“ werden und die kalorienzufuhr höher ist. vom sender zum empfänger die mikrofluidische chip-technologie entwickeln meier und seine arbeitsgruppe derzeit weiter. denn nach den fettzellen, die insulin empfangen, wollen sie die zellen studieren, die insulin produ- zieren: betazellen aus der bauchspeicheldrüse. diese stellen im gesunden körper bei steigendem glukosespiegel das hormon insulin her und sen- den somit ein signal an die fettzellen aus. insulin senkt den blutzuckerspiegel und beeinflusst die adipozyten: „wenn die fettzelle insulin erhält, weiß sie, dass es im körper glukose gibt, und lagert diesen zucker ein.“ defekte in der signalüber- tragungskette zwischen den zellen, die insulin senden und empfangen, sind eine molekulare ursache der krankheit diabetes mellitus. zur be- dr. matthias meier hat biochemie an der universität regensburg studiert. 2006 wurde er an der universität basel/ schweiz in biophysik promo- viert. danach forschte er als postdoktorand an den universitäten in chicago und stanford/usa. seit 2012 leitet er die arbeitsgruppe „microfluidic and biological engineering“, kurz mibioeng, der professur für anwen- dungsentwicklung am institut für mikrosystemtechnik (imtek) der universität freiburg. meier ist assoziier- tes mitglied des freiburger exzellenzclusters bioss centre for biological signalling studies. die deutsche forschungs- gemeinschaft fördert die gruppe mibioeng im rah- men des emmy-noether- programms. foto: privat handlung ist es nötig, die an- zahl der betazellen in der bauchspeicheldrüse zu erhöhen. allerdings gibt es in der bauchspeicheldrüse nur relativ wenige adulte stammzellen. um betazellen herzustellen, greifen forscher daher auf so genannte reprogrammierte stamm- zellen zurück, die sie zum beispiel aus hautzellen gewinnen. „die große herausforderung bei diesem projekt ist, dass neben den umweltbedingungen auch die natürliche gewebeumgebung bei der reifung von betazellen eine wichtige rolle spielt“, erklärt meier. „deshalb entwickeln wir künstliche dreidimensionale zellkulturen und optische analy- semethoden auf dem mikrofluidischen chip, um so die reifung der zellen unter kontrollierten um- weltbedingungen genau zu erforschen.“ bislang beschränkten sich die ansätze in der mikrofluidik zumeist auf 2-d-zellkulturen, so genannte monolayer-kulturen. „wir sind nun dabei, 3-d- zellkulturen im chip herzustellen, um auch me- chanische einflüsse sowie zellkontakte ähnlich denen, wie sie im natürlichen gewebe vorkommen, nachzubauen.“ auch hier steht für die wissen- schaftler das bestreben im vordergrund, signal- wege aufzuklären und zu messen, die während der zellentwicklungsphase aktiv sind. „das fernziel ist, eine zellersatztherapie für diabetes zu entwickeln, die genau auf eine patientin oder einen patienten zugeschnitten ist.“ dafür wollen die wissenschaftler betazellen auf dem chip züchten, um sie später einem patienten einpflan- zen zu können. www.mibioeng.com team beispielsweise ein programm zur automatisierten proteinanalyse integriert. handlung ist es nötig, die an- zahl der betazellen in der bauchspeicheldrüse zu erhöhen. der bauchspeicheldrüse nur relativ wenige adulte stammzellen. 35