Bei den k\u00fcnstlichen Zellverb\u00e4nden, die Simmel und Dupin im Rahmen ihrer Forschung erzeugen konnten, sind die Zellen durch Fettmembranen getrennt, k\u00f6nnen aber kleine chemische Signalmolek\u00fcle austauschen und dabei komplexere Reaktionen wie Herstellung von RNA oder Eiwei\u00dfen ausl\u00f6sen.<\/p>\n
\u201eUnser System ist ein erster Schritt hin zu gewebe\u00e4hnlichen, synthetischen biologischen Materialien, die komplexes raumzeitliches Verhalten zeigen und in denen sich einzelne Zellen \u00e4hnlich wie biologischen Organismen spezialisieren oder ausdifferenzieren k\u00f6nnten\u201c, erkl\u00e4rt Simmel. \u201eDas hei\u00dft, dass die Systeme sich mit der Zeit ver\u00e4ndern, und dies aber auch an verschiedenen Orten unterschiedlich ist. Das Vorbild f\u00fcr solche Systeme sind sich entwickelnde Organismen, in denen Zellen mit der Zeit bestimmte Aufgaben \u00fcbernehmen und sich \u201aausdifferenzieren\u2018.\u201c<\/p>\n Um die Zellstrukturen zu erzeugen, nutzen die Wissenschaftler Emulsionstr\u00f6pfchen, die von einer Lipidmembran umschlossen waren, und bauten diese zun\u00e4chst zu \u201eMikro-Geweben\u201c, d.h. k\u00fcnstlichen mehrzelligen Strukturen, zusammen. Dabei stellten sie fest, dass die Zellen eine Art Genexpression haben. Die biochemischen Reaktionsl\u00f6sungen in den Tr\u00f6pfchen waren n\u00e4mlich in der Lage, RNA (Ribonukleins\u00e4ure) oder Proteine herzustellen.<\/p>\n Dar\u00fcber hinaus war auch ein Austausch von kleinen \u201eSignalmolek\u00fclen\u201c \u00fcber die Membranen oder \u00fcber in die Membranen eingebaute Proteinkan\u00e4le zwischen den Zellen m\u00f6glich. Damit lie\u00dfen diese sich zeitlich und r\u00e4umlich miteinander koppeln und die Systeme wurden dynamisch \u2013 wie im realen Leben. Dabei liefen chemische Pulse durch den Zellverband und trugen Informationen weiter, wobei sich die Signale auch als Ausl\u00f6ser nutzen lie\u00dfen, damit sich urspr\u00fcnglich identische Zellen unterschiedlich entwickelten.<\/p>\n \u201eUnser System ist das erste Beispiel eines multizellul\u00e4ren Systems, in dem k\u00fcnstliche Zellen mit Genexpression eine feste Anordnung haben und \u00fcber chemische Signale miteinander gekoppelt sind. Auf diesem Wege erreichen wir damit eine Form der r\u00e4umlichen Differenzierung\u201c, sagt Simmel.<\/p>\n Derartige synthetische Systeme zu entwickeln sei wichtig, weil sie ein Studium grundlegender Fragen nach dem Ursprung des Lebens im Modell erlauben, erkl\u00e4ren die Forscher, denn komplexere Organismen seien erst m\u00f6glich gewesen, als sich Zellen spezialisieren und die Arbeit zwischen kooperierenden Zellen aufteilen konnten. Mehr noch als Antworten auf Fragen nach dem Ursprung des Lebens zu finden, k\u00f6nnten solche Systeme f\u00fcr neue Technologien wie zum Beispiel Robotik genutzt werden.<\/p>\n \u201eM\u00f6glicherweise sind solche Systeme eher relevant f\u00fcr die Entwicklung von neuen Materialien und biomimetischen Robotiksystemen als f\u00fcr die Frage nach dem Ursprung des Lebens. In unserem Fall benutzen wir ja lauter moderne (also bereits evolvierte) biochemische Komponenten, die es beim Ursprung des Lebens noch gar nicht gab\u201c, gibt Simmel zu. \u201eUnsere Forschung zielt eher dahin ab, \u201atechnische Systeme\u2018 mit biologischen Komponenten zu bauen, die gewisse Eigenschaften lebender Systeme haben – also z.B. die F\u00e4higkeit, sich an ihre Umgebung anzupassen, oder auf Umweltreize zu reagieren.\u201c<\/p>\n In Zukunft wollen die Wissenschaftler mit einer Art Modulbaukasten ma\u00dfgeschneiderter Zellsysteme verschiedene Eigenschaften biologischer Systeme nachbilden. \u201eAm liebsten h\u00e4tten wir (\u00e4hnlich wie bei Robotiksystemen), Zellen, die ihre Umgebung wahrnehmen k\u00f6nnen (also Sensoren), Zellen, die einfache Entscheidungen treffen k\u00f6nnen (also sozusagen Computer), und solche, die etwas produzieren k\u00f6nnen\u201c, beschreibt Simmel den Inhalt eines idealen Modulbaukastens. \u201eDazu braucht man dann noch Helferzellen, die z.B. Aufgaben wie Signal\u00fcbertragung oder Energieversorgung \u00fcbernehmen k\u00f6nnten \u2026 Hierf\u00fcr gibt es jeweils Entsprechungen in lebenden Systemen, aber bislang ist die Integration dieser Komponenten in ein einzelnes System nicht gelungen. Unsere Arbeit ist nur ein ganz kleiner Schritt in diese Richtung.\u201c<\/p>\n So sollen Zellen dann auf ihre Umgebung reagieren und eigenst\u00e4ndig handeln lernen, und auch erste Anwendungen scheinen m\u00f6glich zu sein: Langfristig lassen sich die k\u00fcnstlichen Zellverb\u00e4nde n\u00e4mlich als Minifabriken einsetzen, um gezielt Biomolek\u00fcle zu produzieren, oder als winzige Sensoren in der Mikrorobotik, die Informationen verarbeiten und sich an ihre Umgebung anpassen k\u00f6nnen.<\/p>\n Nun dr\u00e4ngt sich bei dem Gedanken an k\u00fcnstliche, intelligente Zellen nat\u00fcrlich der Gedanke auf, ob solche Zellen nicht auch in der Medizin genutzt werden k\u00f6nnen, zum Beispiel um Krankheiten zu heilen wie Neurodermitis oder auch Narben nach Verletzungen? Vielleicht sogar, um Krebszellen zu bek\u00e4mpfen?<\/p>\n \u201eSpeziell unser System ist f\u00fcr so etwas eher nicht geeignet, da es relativ gro\u00df ist und die Zellen alle zusammenkleben (und im Moment nicht in biologischer Umgebung stabil w\u00e4ren)\u201c, macht Professor Simmel klar. \u201eAber grunds\u00e4tzlich ist das nat\u00fcrlich schon eine Vision f\u00fcr (andere Typen von) \u201ak\u00fcnstlichen Zellen\u2018 – hier w\u00fcrde man andere Membranen\/Kompartimente verwenden und versuchen, diese mit entsprechenden Zelloberfl\u00e4chenmerkmalen interagieren zu lassen.\u201c<\/p>\n Titelbild: Erstautorin Aurore Dupin und Prof. Friedrich Simmel am Fluoreszenzmikroskop. (Bild: U. Benz \/ TUM)<\/em><\/p>\n Das K\u00f6nnte Sie auch interessieren:<\/strong> Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler weltweit daran, k\u00fcnstliche Zellen herzustellen, die sich wie lebende Organismen verhalten k\u00f6nnen. Forschern der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen ist es nun erstmals gelungen, derartige Zellverb\u00e4nde, zumindest teilweise, zu erzeugen. Prof. Dr. Friedrich Simmel, Professor f\u00fcr die Physik Synthetischer Biosysteme an der TU M\u00fcnchen, und die Doktorandin Aurore Dupin arbeiten laut Simmel \u201ean […]<\/p>\n","protected":false},"author":1660,"featured_media":507551,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":"","footnotes":""},"categories":[23253],"tags":[27543,30208,25364],"location":[24328],"article_type":[],"serie":[],"archives":[],"internal_archives":[],"reboot-archive":[],"class_list":["post-163815","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-nachhaltigkeit","tag-munchen-de-de","tag-physik-de","tag-tum-de-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":{"subtitle":"","text_display_homepage":false},"author_meta":{"display_name":"Petra Wiesmayer","author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/petra-wiesmayer\/"},"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2019\/01\/csm_190119_DropletChain_900.jpg_ec6da379ea.jpg","coauthors":[],"tax_additional":{"categories":{"linked":["Nachhaltigkeit<\/a>"],"unlinked":["Nachhaltigkeit<\/span>"]},"tags":{"linked":["Munchen<\/a>","physik<\/a>","TUM<\/a>"],"unlinked":["Munchen<\/span>","physik<\/span>","TUM<\/span>"]}},"comment_count":"0","relative_dates":{"created":"Posted 7 years ago","modified":"Updated 7 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on January 18, 2019","modified":"Updated on January 18, 2019"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on January 18, 2019 5:40 pm","modified":"Updated on January 18, 2019 5:40 pm"},"featured_img_caption":"","series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/163815","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1660"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=163815"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/163815\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/507551"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=163815"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=163815"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=163815"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=163815"},{"taxonomy":"article_type","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/article_type?post=163815"},{"taxonomy":"serie","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/serie?post=163815"},{"taxonomy":"archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/archives?post=163815"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=163815"},{"taxonomy":"reboot-archive","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/reboot-archive?post=163815"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}![\"Zellen\"](\"https:\/\/archive.ioplus.nl\/wp-content\/uploads\/2019\/01\/csm_190119_DropletChain_900.jpg_ec6da379ea-600x450.jpg\")
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