Optischen Kräften an lebenden Objekten

Anwendung einer optischen Pinzette zur Bestimmung elastischer Verformung in Zellen und Modellsystemen

Wie überall spielen Kräfte innerhalb und außerhalb einer Zelle eine wichtige Rolle in ihrem Leben. Mechanische Einflüsse von außerhalb wie von innerhalb haben starken Einfluss auf die biologischen, chemischen und physiologischen Prozesse der Zelle und ihrem Verhalten in der extrazellulären Matrix. So gibt es Hinweise darauf, dass die Bewegung bestimmter Zellen in Zebrafischembryonen wesentlich von Elastizität und Viskosität der Zelle und der umliegenden Gewebe abhängt. Dadurch finden Zellen, welche sich zu Beginn an völlig unterschiedlichen Positionen innerhalb des Embryos befinden, zueinander und bilden spezifische Organe. Diese gerichtete Bewegung erweckt großes Interesse, da metastasierende Krebszellen ein ähnliches Verhalten aufweisen und sich die simple prinzipielle Frage stellt, wodurch Zellen signalisiert wird, zu welchen Positionen innerhalb eines mehrere tausend Zellen umfassenden Komplexes sie sich bewegen müssen. Zur Untersuchung dieser Eigenschaften eignet sich die holographische, optische Pinzette, welche kontaktlos mittels starker, biokompatibler Laserstrahlen transparente Objekte beliebig in 3D bewegen. Dadurch können kleinste Partikel gefangen, in die Nähe oder innerhalb von Zellen gebracht und untersucht werden. Mikroskopische, lokale und definierte Verformungen ermöglichen die Bestimmung elastischer Parameter.

Da die optische Pinzette aus verschiedenen Komponenten bestehen, die teilweise starke Auswirkungen auf die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften des benutzten Laserstrahles und damit der untersuchten Partikel haben, müssen diese Einflüsse untersucht, charakterisiert und hinsichtlich der  Kraft- und Elastizitätsmessungen beschrieben werden. Dadurch werden genaue und reproduzierbare Elastizitätsmessungen an lebenden Zellen ex-vivo möglich. Eine Art Kartographierung der elastischen Eigenschaft der Membran einer Zelle soll genutzt werden, um verschiedene Zellklassen und – größen zu vergleichen.

Die Abschlussarbeit gliedert sich thematisch in laufende Forschungsarbeiten des „Optical Tweezers“–Teams der AG Nichtlineare Photonik ein. In unserem Team aus Studenten und Doktoranden besprechen wir regelmäßig unsere Laborergebnisse, Probleme, Ideen und stellen aktuelle Paper vor.

Wir suchen engagierte Studentinnen und Studenten, die sich für Optik, Photonik und
Biologie interessieren und an aktueller Forschung mitarbeiten möchten.

Ansprechpartner: Bei Interesse können Sie sich an Robert Meißner wenden. Wir zeigen gerne unsere Labore und stellen die angebotenen Themen im Bereich optische Mikromanipulation vor.