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Stammzellen zeigen bizarre Absorptionseigenschaften, die bisher in Zellen nicht zu finden waren
Wissenschaftler der Universität Cambridge in Großbritannien haben herausgefunden, dass die Kerne von Stammzellen die ungewöhnliche Fähigkeit haben, dicker zu werden, wenn sie gedehnt und dünner gemacht werden, wenn sie komprimiert werden. Die kontraintuitive Eigenschaft - die sogenannte Auxetizität - ist den Materialwissenschaftlern bereits bekannt, die von superabsorbierenden Schwämmen und schusssicheren Westen bis zur Schalldämmung reichen.
Dr. Kevin Chalut vom Cambridge Stem Cell Institute des Wellcome Trust-Medical Research Council sagt, dass die Auxeticity "noch nie auf zellulärer Ebene gesehen wurde und in der natürlichen Welt höchst ungewöhnlich ist".
"Das ist ein ziemlich bizarrer Fund und sehr unerwartet", fügt er hinzu. "Wenn die Stammzelle gerade dabei ist, sich in einen bestimmten Zelltyp zu verwandeln, nimmt ihr Kern eine auxetische Eigenschaft an, so dass sie essentielle Materialien aus ihrer Umgebung" aufschwemmen "kann."
Dr. Chalut und Kollegen, darunter Biologen, Ingenieure und Physiker, berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Naturmaterialien.
Die meisten Materialien werden dünner, wenn Sie sie dehnen und fetten, wenn Sie sie drücken. Wissenschaftler haben jedoch damit begonnen, Materialien zu erforschen, die das Gegenteil bewirken - sie werden dünner, wenn Sie sie zusammendrücken und werden dicker, wenn Sie sie dehnen. Sie demonstrieren die ungewöhnliche Eigenschaft der Auxetizität, ein Begriff, der von der griechischen "auxesis" kommt, was "Zunahme" oder "Wachstum" bedeutet.
Aufgrund dieser ungewöhnlichen Eigenschaften sind auxetische Materialien ausgezeichnete Stoßdämpfer und Schwämme, und Ingenieure entwickeln bereits Anwendungen in Branchen wie Luftfahrt, Bauwesen, Gesundheitswesen, Automobil, Verteidigung und Textilien.
Das folgende Video zeigt die Waben-Auxetizität - ein Beispiel für eine geordnete Auxetizität, die in künstlichen Materialien vorherrscht:
Auxeticity selten in der Natur gesehen
Bis zu dieser neuen Studie, in der Chalut und Kollegen beschreiben, die Eigenschaft in embryonalen Stammzellen zu beobachten, wurde Auxeticity sehr selten in der Natur gesehen - nur in einigen Arten von Schwämmen, bemerken sie.
Stammzellen sind "Master-Zellen", die das Potenzial haben, praktisch jede der etwa 200 verschiedenen Zellen im Körper zu werden. Embryonale Stammzellen stammen aus Embryonen im Frühstadium und gelten als "Goldstandard" für die Forschung an Stammzellen.
In dieser Studie beobachtete das Team, wie Auxetizität in den Kernen der embryonalen Stammzellen auftritt. Und die Kerne zeigen diese Eigenschaft nur im Übergangsstadium, wenn sich die Stammzellen von embryonalen, unspezifischen Zellen in differenzierte, gewebsspezifische Zellen wie Herzzellen verwandeln.
Um die Eigenschaft deutlich zu demonstrieren, hat das Team einen farbigen Farbstoff in die Flüssigkeit gelegt, die den Kern umgibt - das Zytoplasma. Sie sahen, wie der Kern den Farbstoff absorbierte, wenn er ihn dehnte, was nahelegte, dass er sich ausgedehnt hatte und porös geworden war.
Sie schlagen vor, dass eine solche Eigenschaft dem Zellkern helfen könnte, Moleküle aus dem Zytoplasma zu absorbieren, die der Stammzelle bei der Differenzierung helfen.
Gutes Beispiel für "gestörte Auxetizität"
Die Entdeckung ist ein gutes Beispiel dafür, was Materialwissenschaftler und Ingenieure "ungeordnete Auxetizität" nennen, wie es ein zusammengeknülltes Blatt Papier zeigt. Wenn Sie an beiden Enden des Papierballs ziehen, dehnt sich der Umfang um den Ball aus.
Die große Mehrheit der künstlichen auxetischen Materialien ist hochgradig geordnet, wie in diesem Video der "auxetischen Wabe" gezeigt.
Dr. Chalut sagt, dass "wir sehr viel von der Natur lernen können" und fügt hinzu:
"Wir sehen bereits, dass Auxeticity für ihre Superabsorptionseigenschaften erforscht wird, aber trotz großer technologischer Anstrengungen sind auxetische Materialien immer noch selten und es gibt noch viel zu entdecken, um sie besser herzustellen."
Die Untersuchung, wie sich diese ungewöhnliche Eigenschaft in der Natur entwickelt hat, könnte zu "neuen Wegen zur Herstellung auxetischer Materialien führen, die im Alltag viele verschiedene Anwendungen haben können", erklärt er.
Die Royal Society, der Wellcome Trust und der Medical Research Council haben die Studie finanziert.
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