Medusoid US-Forscher erschaffen künstliche Qualle

Ein Körper aus Silikon und einige Muskelzellen - mehr Material braucht es nicht, um einen schwimmfähigen Quallencyborg zu bauen. Mit dem Medusoid wollen die Forscher Fortschritte beim sogenannten Tissue Engineering erzielen.

Einen wahren Cyborg haben Wissenschaftler des California Institute of Technology (Caltech) und Harvard-Universität geschaffen. Sie haben aus Silikon und Muskelzellen eine künstliche Qualle gebaut, die tatsächlich schwimmt. Medusoid nennen sie ihre Entwicklung.

Die Forscher studierten zunächst genau die Bewegungsabläufe, die eine Ohrenqualle beim Schwimmen durchführt, um herauszufinden, welche Elemente für die Fortbewegung wichtig sind und wie diese aufgebaut sind. Dann versuchten sie, dieses Prinzip zu imitieren.

Polymerstern und Muskelzellen

Sie bauten zunächst aus einem Silikonpolymer den Körper des Medusoid: eine sternförmige Membran mit acht Armen. Dieser Aufbau ist dem Muskelaufbau einer Qualle nachempfunden. Dieses Gerüst bestrichen sie mit einem Protein, das als Nährlösung für die Zellen dient. Diese wuchsen dann entsprechend dem vorgegebenen Muster. Dabei handelt es sich um Muskelzellen aus dem Herzen einer Ratte, die die Fähigkeit haben, sich zusammenzuziehen.

Vergleich: Medusoid und Ohrenqualle (Bild: Janna Nawroth/ Caltech)

Den fertigen Medusoid steckten die Forscher in einen Tank mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit. Dann jagten sie Stromstöße mit einer Spannung von 5 Volt durch die Flüssigkeit und regten so die Muskelzellen an, sich zu kontrahieren. Dadurch schwamm der Medusoid wie sein natürliches Vorbild. Tatsächlich, so berichten die Forscher, hätten die Muskelzellen schon von sich aus angefangen, sich zu kontrahieren.

Schwimmen mit wenigen Komponenten nachgebaut

Er sei überrascht gewesen, dass sie es mit relativ wenigen Komponenten - einem Silikonschirm und einigen Muskelzellen, die auf eine bestimmte Art und Weise angeordnet waren - geschafft hätten, die doch recht komplexen Schwimmbewegungen der Qualle nachzubilden, erklärt John Dabiri, der Aeronautik und Bioengineering am Caltech lehrt.

Ziel des Projektes sei indes nicht gewesen, einen künstlichen Organismus zu erschaffen, erklärt Janna Nawroth, sondern vielmehr, Fortschritte beim sogenannten Tissue Engineering zu erzielen, der künstlichen Herstellung von Gewebe. Dabei versuchten die Forscher meist, auf Basis dessen, was sie für wichtig halten oder als wichtigste Bestandteile ansehen, ein Gewebe oder Organ zu kopieren. Sie versuchten aber nicht zu verstehen, ob diese Komponenten tatsächlich für die gewünschte Funktion wichtig seien oder ob sich dafür nicht andere Materialien verwenden ließen. Caltech-Forscherin Nawroth ist die Hauptautorin der Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology erschienen ist.

Fokus auf Funktion

Statt sich darauf zu konzentrieren, die Natur zu imitieren, müsse der Fokus auf der Funktion liegen. Eine bestimmte Funktion - in dem Fall Schwimmen - werde nicht dadurch erzeugt, dass jedes Element eines schwimmenden Organismus kopiert werde. Sie hätten sich die Funktion Schwimmen zum Ziel gesetzt und eine Struktur geschaffen, die diesen Zweck erfüllt, sagt Nawroth.

Die Art und Weise, wie eine Qualle schwimmt, ähnelt der Funktionsweise des menschlichen Herzens. Deshalb eignet sich das Tier seht gut für das Tissue Engineering.