Wissenschaftler automatisieren das Verfolgen von Zellen per Video

Die neue Technologie liefert auch Erkenntnisse zum Einfluss von Oberflächenstruktur und -beschaffenheit auf Zellbewegung und Zellteilungsverhalten

20.02.2012

Institut für Medizinische Informatik und Biometrie IMB

Das Bild zeigt verschiedene Darstellungen des Verhaltens einzelner blutbildender Stammzellen in einer speziellen Kulturschale. Gezeigt werden die Wege, auf denen sich einzelne Zellen bewegen (a: 3-dimensionale Visualisierung, c: 2-dimensionale Visualisierung) bzw. die Teilungsgeschichte dieser Zellen (b). Verschiedene Zellen, sowie alle ihre Tochter- und Enkelzellen, sind hierbei mit derselben Farbe kodiert.

Eine aktuelle Studie von Wissenschaftlern der TU Dresden, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden und der Universität Leipzig unter Federführung des Instituts für Medizinische Informatik und Biometrie der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus zeigt, dass das automatische Zelltracking – also das Verfolgen der Bewegungen und des Teilungsverhaltens von Zellen mittels Computeralgorithmen – für viele einzelne Zellen gleichzeitig möglich ist. In der Februar-Ausgabe des hämatologischen Fach-Journals „Experimental Hematology – Journal for Hematology and Stem Cell Biology and Transplantation“ präsentieren die Forscher ihre neuen Ansätze und Ergebnisse zur Video-Mikroskopie.

Für die Studie beobachteten die Wissenschaftler blutbildende Stammzellen auf verschieden beschaffenen Oberflächen – einmal völlig eben, einmal mit regelmäßig verteilten flachen Dellen. Beim Lösen des technischen Problems der automatisierten, gleichzeitigen Verfolgung mehrerer einzelner Zellen auf unterschiedlichen Oberflächen ermittelten die Forscher auch einen Einfluss von Oberflächenstruktur und –beschaffenheit auf Zellbewegung und Zellteilungsverhalten. Auf ebenen Oberflächen zeigen die aus einer Zellteilung hervorgegangene Geschwisterzellen trotz unterschiedlicher räumlicher Anordnung extrem ähnliche Bewegungs- und Zellteilungsmuster. Andererseits konnten die Wissenschaftler um Prof. Röder zeigen, dass eine andere Umgebungsstruktur – d.h. die Oberfläche mit den regelmäßig verteilten flachen Dellen – zu einer systematischen Aufhebung dieses symmetrischen Geschwisterverhaltens führt.

Speziell induziert die Dellenstruktur eine längere Wachstumsphase der Zellen, eine später einsetzenden Zellteilung und eine verringerte Bewegung der Zellen. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass Umgebungseinflüsse in der Lage sind, zellintern (z. B. genetisch) kodierte Verhaltensmuster der blutbildenden Stammzellen zu verändern.

Originalveröffentlichung:
Nico Scherf, Katja Franke, Ingmar Glauche, Ina Kurth, Martin Bornhäuser, Carsten Werner, Tilo Pompe, Ingo Roeder (2012): "On the symmetry of siblings: automated single-cell tracking to quantify the behavior of hematopoietic stem cells in a biomimetic setup", Exp. Hematol. 40(2): 119–130.

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