Neue Ergebnisse können Polymerforschung revolutionieren

17.11.2016

Physiker der Universität Leipzig und des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie Leipzig haben innovative Materialien gefunden und charakterisiert, die die Polymerforschung revolutionieren können.

Bild: 3D-Graphik einer bunten Nanotube; Copyright:  panthermedia.net/gl0ck

Die Forscher nutzten künstliche DNA-Röhren, um die Mechanik von Polymernetzwerken zu untersuchen; © panthermedia.net/gl0ck

Die Forscher um den Physiker Prof. Dr. Josef Käs von der Universität Leipzig und den Nachwuchsgruppenleiter für DNA-Nanosysteme Dr. David Smith vom Fraunhofer-Institut nutzten dabei künstliche DNA-Röhren, um die Mechanik von Polymernetzwerken zu untersuchen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im renommierten Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht.

Netzwerke aus mikroskopischen, sogenannten "halb-flexiblen" Polymeren, die permanent Brownscher Molekularbewegung unterworfen sind, finden sich überall in der Natur. Sie geben zum Beispiel in Form des Zellskeletts der biologischen Zelle mechanische Steifheit oder bilden außerhalb der Zelle das Gerüst, an dem sie sich fortbewegen kann. Die Mechanik dieser Stoffklasse zu verstehen, birgt immenses Potenzial, diverse Krankheiten, beispielsweise Krebs oder Fibrose, besser zu verstehen und mögliche Therapieformen zu entwickeln.

Aktin - eines  der häufigsten Proteine und selbst Teil des Zellskeletts - wurde bisher verwendet, um die Mechanik von solchen Polymeren zu untersuchen. Es hat jedoch einen großen Nachteil: Die Steifheit der einzelnen Kettenmoleküle (Polymere) ist bei Aktin nicht veränderbar, was verlässliche Aussagen zum Verhalten der Polymere erschwerte. Nun haben die Leipziger Wissenschaftler ein Material gefunden, dass dieses Problem umgeht. Mit künstlichen Röhren aus DNA als Polymere haben sie den Einfluss der Steifheit der Einzelmoleküle auf das Gesamtnetzwerk untersucht. Dicke und dünne Röhren wurden eingesetzt, um harte und weniger harte Strukturen zu bilden.

"Überraschenderweise passen die Ergebnisse nicht in das Bild, das sich die Polymertheorie dazu zuvor gemacht hat. Vielmehr entspricht die resultierende Mechanik mehr unserer Alltagserfahrung, dass Gebilde aus steifen Einzelteilen eben steifer sind als solche aus weichen", erklärt Carsten Schuldt, Physiker der Universität Leipzig und Erstautor der Publikation. Jetzt werde daran gearbeitet, diese Strukturen noch steifer zu machen, um sie für die Stammzelltherapie einsetzen zu können. "Damit haben wir die entsprechende Polymertheorie der vergangenen 20 Jahre in Frage gestellt", sagt Schuldt. Diese neuen Erkenntnisse über die Mechanik dieser Netzwerke sind nach seiner Einschätzung ein wichtiger Schritt in der Grundlagenforschung auf diesem Gebiet. Bis diese jedoch in der Praxis - etwa in der Krebstherapie - Anwendung finden, dauere es noch mehrere Jahre, so der Physiker.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Leipzig
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