Elektrische Signalgebung zwischen Epithelzellen entdeckt

Ein Team der University of Massachusetts Amherst hat die Kommunikation durch „elektrische Impulse“ in Zellen entdeckt, die einst als stumm galten. Dies könnte bioelektrische Anwendungen ermöglichen.

Lange Zeit ging man davon aus, dass nur Nerven- und Herzzellen elektrische Impulse zur Kommunikation nutzen, während Epithelzellen stumm sind und hauptsächlich als Schutzbarrieren dienen, die verschiedene Substanzen aufnehmen und ausscheiden können. Zwei Forschende der University of Massachusetts Amherst, Steve Granick und Sun-Min Yu, haben diesen Status quo jedoch auf den Kopf gestellt, indem sie zeigten, dass Epithelzellen tatsächlich miteinander „kommunizieren“, wenn auch mit langsamen elektrischen Signalen.

Die kürzlich in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichte Entdeckung könnte neue Anwendungen in allen Bereichen ermöglichen, von tragbaren bioelektrischen Sensoren bis hin zur Wundheilung.

Konversation in Zeitlupe

„Epithelzellen tun Dinge, nach denen niemand jemals gesucht hat“, sagt Granick. „Wenn sie verletzt sind, ‚schreien‘ sie langsam, anhaltend und über überraschende Entfernungen zu ihren Nachbarn. Es ist wie ein Nervenimpuls, nur 1.000-mal langsamer.“ Der von Neugier getriebene Ansatz des Teams, der Polymerwissenschaft und Biologie vereinte, enthüllte diese verborgene zelluläre Signalgebung.

Granick und Yu nutzten einen mit Epithelzellen beschichteten Chip mit 60 platzierten Elektroden zum Abhören. Yu, ein Zellkulturexperte, züchtete eine einzelne Schicht menschlicher Epithelzellen auf dem Chip, die winzige elektrische Verschiebungen detektierte. Mithilfe eines Lasers erzeugten sie „Stich“-Muster einzelner Zellen und beobachteten, wie sich Signale wellenförmig ausbreiteten. „Wir verfolgten, wie die Zellen ihre Reaktion koordinierten“, so Yu. „Es ist eine Art angeregte Konversation in Zeitlupe.“

Im Gegensatz zu den schnellen Neurotransmitter-Ausstößen von Nervenzellen sind Epithelzellen auf Ionenströme – insbesondere von Kalzium – angewiesen, die Signale erzeugen, die deutlich langsamer sind als die von Nervenzellen, aber ähnliche Spannungen aufweisen. Diese Signale können langlebig sein: Granick und Yu beobachteten Zellen, die über fünf Stunden lang über Distanzen von fast dem 40-fachen ihrer eigenen Länge „sprachen“.

Obwohl Granick und Yu zeigten, dass Kalziumionen für die epitheliale Kommunikation notwendig sind, müssen sie noch testen, welche weiteren Beiträge zu dieser Kommunikation geleistet werden könnten. Und obwohl die unmittelbaren Anwendungen ihrer neuen Entdeckung noch abzuwarten sind, könnten die Auswirkungen enorm sein.

„Tragbare Sensoren, implantierbare Geräte und eine schnellere Wundheilung könnten daraus entstehen“, so Granick. „Das Verständnis dieser Schreie zwischen verletzten Zellen öffnet Türen, von denen wir nicht wussten, dass sie existieren“, ergänzt Yu.