Eine neue Nanoskopietechnik, die an der Australian National University (ANU) entwickelt wurde, hat verborgene Netzwerke aufgedeckt, die für die Kommunikation zwischen Zellen genutzt werden, und eröffnet neue Wege zum Verständnis menschlicher Krankheiten.
Veröffentlicht in NaturkommunikationDer Durchbruch ermöglicht es Forschern, über mehrere Tage hinweg zu beobachten, wie lebende Zellen mit ihrer Umgebung interagieren, und dabei dreidimensionale Verhaltensweisen aufzudecken, die für herkömmliche Mikroskope bisher unsichtbar waren.
Mithilfe sanfter, markierungsfreier Bildgebung können wir endlich das geheime, dynamische Leben von Zellen in Echtzeit und in 3D beobachten.“
Dr. Steve Lee, Studienleiter, John Curtin School of Medical Research (JCSMR), Australian National University
Dr. Lee fügte hinzu: „Die Technik ermöglicht schnellere und genauere Durchbrüche bei der Art und Weise, wie wir menschliche Krankheiten im Nanomaßstab verstehen und behandeln.“
Das Team nutzte die neue Methode RO-iSCAT, um dünne, fadenförmige nanoskalige Ausläufer von Zellen zu beobachten. Im Laufe mehrerer Tage kontinuierlicher Bildgebung konnte beobachtet werden, wie sich diese Strukturen ausdehnen, zusammenziehen und wieder verbinden und so komplexe Netzwerke bilden, die biochemische Botschaften an benachbarte Zellen übertragen.
Der Hauptautor und Doktorand Junyu Liu half bei der Entwicklung der neuen Nanoskopietechnik, indem er den Lichtwinkel drehte, der die Probe beleuchtete, und Bilder in verschiedenen Höhen kombinierte.
„Unter rotierender Beleuchtung wird das Hintergrundrauschen entfernt, wodurch verschiedene nanoskalige Zellstrukturen in drei Dimensionen sichtbar werden“, sagte Herr Liu.
Das Team begann damit zu experimentieren, wie die dreidimensionale Tracking-Technik die oft schwer fassbaren, fadenförmigen zellulären nanoskaligen Erweiterungen messen kann, die für fast alle zellulären Signale, Kommunikation und Bewegungen von entscheidender Bedeutung sind.
„Unsere Technik verstärkt eine nahezu nicht nachweisbare Menge an Lichtsignalen, die von lebenden Zellen reflektiert werden, in Echtzeit um das Zehnfache“, sagte Dr. Lee.
„Es ist unglaublich, dass diese Technik nicht den Einsatz chemischer Farbstoffe oder ‚Markierungen‘ erfordert, die in Nanoskopen allgegenwärtig sind, aber aufgrund der Phototoxizität für genau die Zellen, die sie untersuchen, toxisch sein können.“
Aufnahmen der Recherche zeigten, dass diese Verbindungen nicht so statisch sind wie bisher angenommen. In hochdynamischer Bewegung verdrehen sich die Strukturen umeinander, bevor sie eine stabile Brücke bilden.
Dr. Daniel Lim, ein leitender Bildgebungswissenschaftler im Team, nutzte schnell ihre neuen Fähigkeiten, um verschiedene Zelltypen von Forschern am Garvan Institute of Medical Research und innerhalb des JCSMR zu untersuchen. Dazu gehörte die Untersuchung, wie Bauchspeicheldrüsenkrebszellen und menschliche Blutgefäßzellen mehrere „enge“ Brücken mit den umgebenden Bindegewebszellen bilden. Es wird angenommen, dass diese Wechselwirkungen dazu beitragen, dass Tumore wachsen und einer Behandlung widerstehen, indem sie ihre lokale Umgebung formen oder bei der Bildung neuer Blutzellen helfen.
Der gleiche Ansatz könnte Wissenschaftlern auch helfen zu verstehen, wie sich Viren zwischen Zellen bewegen, da angenommen wird, dass sich einige über diese Zellbrücken ausbreiten.
„Jetzt haben wir das Werkzeug, um diese nanoskaligen Wechselwirkungen innerhalb größerer Zellpopulationen besser zu verstehen“, sagte Dr. Lim.
„Dies könnte uns helfen zu lernen, wie wir bestimmte Wege zur Behandlung von Krankheiten blockieren oder Arzneimitteltherapien präziser durchführen können.“
Quellen:
Liu, J., et al (2026) Using rotational integration of oblique interferometric scattering to track axial spatiotemporal responses of tubular membrane protrusions. Nature Communications. DOI:10.1038/s41467-026-72302-1. https://www.nature.com/articles/s41467-026-72302-1.