25-mal feiner als ein menschliches Haar

Dieses Foto zeigt nicht etwa einen Insektenstachel unter dem Mikroskop oder einen stark angespitzten Bleistift, sondern eine winzige Pipette. Ihre Spitze ist gerade mal zwei Mikrometer breit. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist 50 Mikrometer dick. Mit dieser Pipette können Forschende Ionen gezielt zu einzelnen Nervenzellen befördern und diese so aktivieren.

Nervenzellen nutzen den Transport von Ionen, um elektrische Signale zu steuern und so Reize weiterzugeben. Unterstützt werden sie dabei von sogenannten Gliazellen – zwischen ihnen und den Neuronen befindet sich ein extrazellulärer Raum. Ruht das Neuron, befinden sich in seinem Inneren viele Kaliumionen, die es negativ laden – außerhalb der Nervenzelle lädt eine höhere Konzentration Natriumionen das Äußere positiv auf.

Trifft ein ausreichend starker Reiz ein, öffnen sich Natriumkanäle in der Membran und Natriumionen strömen ins Zellinnere, sodass sich die Ladungen umkehren. Kurz darauf strömen Kaliumionen durch Kaliumkanäle nach außen. Dieser Ionentransport erzeugt das elektrische Aktionspotenzial, durch das Nervenzellen feuern. Anschließend stellen Natrium-Kalium-Pumpen den ursprünglichen Ionengradienten wieder her. Kann die Nervenzelle dies nicht tun und verbleiben die Kaliumionen außerhalb der Zelle, kann das zu Fehlfunktionen und zum Beispiel zu einem epileptischen Anfall führen.

Entsprechend wichtig ist es, den Ionentransport von Nervenzellen genau untersuchen zu können. Dafür pumpten Forschende bislang ionenhaltige Lösungen in den extrazellulären Raum. Die Flüssigkeit stört jedoch das biochemische Gleichgewicht zwischen den Zellen. Das macht es schwierig zu erkennen, ob die Aktivität durch die Substanzen in der Flüssigkeit, den veränderten Druck oder die herumwirbelnde extrazelluläre Flüssigkeit verursacht wird.

Die hier pink-orange schimmernde Pipette soll Abhilfe schaffen. Ein Forschungsteam um Theresia Arbring Sjöström von der Universität Linköping hat dazu Glasröhrchen erhitzt und so lange an ihnen gezogen, bis sie brachen – so entsteht die feine zwei Mikrometer breite Spitze.

Das Besondere an dem mikroskopisch kleinen Laborgerät ist auch auf dem Foto zu erkennen: Was aussieht wie eine Bleistiftmine, ist eine Membran aus Polymeren, die das Forschungsteam in die Spitze gegeben hat. Legen die Forschenden eine Spannung an die Pipette an, wandern Ionen durch die Membran und können so ohne Lösung in den extrazellulären Raum zwischen Neuronen und Gliazellen befördert werden. Dann kann die Flüssigkeit die Ergebnisse nicht beeinflussen.

© wissenschaft.de – Sirona Schönfeldt