Der Optical Stretcher ist ein innovatives Gerät zur Mikromanipulation einzelner biologischer Zellen und zur Vermessung von deren Verformbarkeit [1].

 

 

Die Zellen werden zwischen zwei gegenüberliegenden Laserstrahlen eingefangen, welche sie halten und an beiden Seiten an ihnen ziehen. Bei einem Messimpuls mit hoher Laserleistung werden die Zellen dann deformiert. Diese Verformungen werden von einer CCD-Kamera aufgenommen und von einer speziell entwickelten Software ausgewertet. Die Messkammer des Optical Stretchers ist mit einem mikrofluidischen System gekoppelt, sodass die Zellen nacheinander in die Messregion gebracht werden können. Dadurch können hohe Durchsatzraten von etwa 250 Zellen pro Stunde und entsprechend weit bessere Statistiken als mit anderen Biomechanikmessmethoden erreicht werden.

 

3D Stretcher Skizze

Skizze einer Optical Stretcher – Messkammer

 

Die Kräfte zur Verformung der Zelle stammen von dem Laserlicht. Wenn das Licht an den Zelloberflächen gebrochen wird ändert sich der Impuls der Photonen. Da der Gesamtimpuls immer erhalten werden muss, findet an der Grenzfläche ein Impulsübertrag in Form einer senkrecht auf die Zelloberfläche wirkenden Kraft statt.

Impulsübertrag an der Zelloberfläche in einer Zweistrahllaserfalle

Impulsübertrag an der Zelloberfläche

 

Zellmechanik als Marker für Krankheiten

Die Mechanik von Zellen ist wichtig für deren reguläre, biologische Funktion und wird durch eine Struktur, das Zytoskelett, reguliert. Das Zytoskelett ist Teil vieler lebensnotwendiger Prozesse der Zelle. Wenn sich diese ändern, resultiert das natürlich auch in Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften, welche mit dem Optical Stretcher gemessen werden können. Entsprechende Daten wurden bereits zum Untersuchungen an Krebszellen [2, 3] und zu Zellalterungseffekten [4] publiziert.
Verschiedene andauernde klinische Studien untersuchen die Möglichkeit, mit dem Optical Stretcher das metastatische Potenzial von Krebserkrankungen abschätzen zu können, wodurch dieser zu einem wertvollen Werkzeug sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Diagnostik wird [5].

Zelltypen können anhand ihrer Verformbarkeit im Optical Stretcher unterschieden werden.

Zelltypen können anhand ihrer Verformbarkeit im Optical Stretcher unterschieden werden