Der menschliche Körper, eine wunderbare und komplexe biologische Maschine, besteht zu etwa 60 Prozent aus Wasser. Obwohl allgemein bekannt ist, dass Wasser für das Leben entscheidend ist, sind seine Verteilung und seine Rolle in unseren Geweben weitaus komplexer, als man bisher dachte. Mehr als die Hälfte dieses Wassers befindet sich in den Zellen selbst, aber ein erheblicher Teil, der von der Wissenschaft lange vernachlässigt wurde, füllt die mikroskopischen Räume zwischen ihnen aus. Diese sogenannte interzelluläre oder interstitielle Flüssigkeit, ähnlich wie das Meer, das den Raum zwischen den Sandkörnern am Strand ausfüllt, hat sich als Schlüsselfaktor für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften unserer Organe und Gewebe erwiesen.

Ingenieure des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine erstaunliche Entdeckung gemacht, die unser Verständnis von Biologie und Gewebemechanik grundlegend verändert. Ihre Studie, die am 21. Juni 2025 in der angesehenen Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurde, enthüllte, dass gerade diese extrazelluläre Flüssigkeit eine entscheidende Rolle dabei spielt, wie sich Gewebe unter physikalischem Druck verhalten. Diese Entdeckung eröffnet völlig neue Perspektiven in der Erforschung und Behandlung von Zuständen wie Alterung, Krebs, Diabetes und verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen.

Revolution im Verständnis der Gewebemechanik

Wenn ein Gewebe gedrückt, gequetscht oder auf irgendeine Weise deformiert wird, hängt seine Anpassungsfähigkeit, also seine Biegsamkeit, direkt von der Leichtigkeit des Flüssigkeitsflusses zwischen den Zellen ab. Die Forschung des Teams aus Cambridge hat gezeigt, dass Gewebe weicher werden und sich schneller entspannen, also in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, wenn der Fluss der interstitiellen Flüssigkeit ungehindert ist. Andererseits, wenn die Zellen dicht gepackt sind und wenig Raum für den Flüssigkeitsfluss lassen, wird das Gewebe insgesamt steifer, härter und deutlich widerstandsfähiger gegen Deformationen. Diese Erkenntnis stellt eine erhebliche Abweichung vom bisherigen wissenschaftlichen Dogma dar.

Die konventionelle Weisheit ging nämlich jahrzehntelang davon aus, dass die mechanischen Eigenschaften von Geweben, wie Elastizität und Festigkeit, hauptsächlich von intrazellulären Strukturen abhängen – dem Zytoskelett, Proteinen und anderen Komponenten innerhalb der Zelle selbst. Der Einfluss der die Zellen umgebenden Umgebung wurde größtenteils unterschätzt oder völlig ignoriert. Jetzt, dank der Arbeit der Wissenschaftler am MIT, ist klar, dass der interzelluläre Fluss ein Schlüsselmechanismus ist, der bestimmt, wie Gewebe physikalisch auf Kräfte aus der Umgebung reagieren. Dieses Konzept, bekannt als Poroelastizität, ist auf eine breite Palette von physiologischen Prozessen und Zuständen anwendbar. Es hilft uns zu verstehen, wie Muskeln Belastungen während des Trainings standhalten und sich von Verletzungen erholen, aber auch, wie die physikalische Anpassungsfähigkeit von Geweben das Fortschreiten des Alterns, die Ausbreitung von Tumorzellen und die Entwicklung anderer medizinischer Zustände beeinflussen kann.

Der experimentelle Ansatz: Wie Wasser zum Star der Forschung wurde

Um ihre Hypothese zu bestätigen, führten die Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Ming Guo und dem Hauptautor der Studie, Dr. Fan Liu, eine Reihe von ausgeklügelten Experimenten durch. Ihr Interesse an diesem Thema wurde durch eine frühere Studie aus dem Jahr 2020 geweckt, in der sie beobachteten, wie Flüssigkeit aus dem Zentrum eines Tumors zu seinen Rändern durch Spalten zwischen einzelnen Tumorzellen fließt. Damals entdeckten sie, dass Druck auf den Tumor diesen interzellulären Fluss erhöht und eine Art "Förderband" schafft, das bei der Ausbreitung von Metastasen helfen kann. Dies brachte sie zu der Frage, ob dieser Fluss eine ähnliche Rolle auch in gesunden, nicht krebsartigen Geweben spielt.

"Es wurde offensichtlich, dass die Möglichkeit des Flüssigkeitsflusses zwischen den Zellen einen enormen Einfluss hat", erklärt Guo. "Deshalb haben wir beschlossen, die Forschung über Tumore hinaus auszudehnen, um zu sehen, wie dieser Mechanismus die Reaktion anderer Gewebe auf Deformation beeinflusst."

Das Team analysierte für die Forschung verschiedene Arten von biologischen Geweben, einschließlich Zellen, die aus der Bauchspeicheldrüse stammen. Im Labor züchteten sie kleine Gewebeklumpen, sogenannte Sphäroide, von denen jeder kleiner als ein Viertelmillimeter im Durchmesser war und aus etwa zehntausend einzelnen Zellen bestand. Um diese mikroskopischen Proben zu testen, musste das Team ein völlig neues, maßgeschneidertes Gerät konstruieren. "Diese Mikrogewebeproben befinden sich in einem 'goldenen Mittelweg' – sie sind zu groß, um mit Techniken der Rasterkraftmikroskopie beobachtet zu werden, und zu klein für standardmäßige, größere Materialprüfgeräte", erklärte Guo. "Deshalb mussten wir unser eigenes bauen."

Ihr innovatives Gerät kombinierte eine ultrapräzise Mikrowaage, die winzige Gewichtsänderungen messen kann, mit einem Schrittmotor, der in der Lage ist, die Probe mit nanometergenauer Präzision zu pressen. Das Verfahren war wie folgt: Ein Gewebeklumpen wurde auf die Waage gelegt, und der Motor drückte ihn dann kontrolliert zusammen und flachte ihn von einer sphärischen Form in eine pfannkuchenähnliche Form. Während dieses Vorgangs zeichnete die Waage die Gewichtsänderung des Gewebes auf, während es sich entspannte, und Kameras filmten den gesamten Deformationsprozess. Ein entscheidender Teil des Experiments war das Testen von Klumpen unterschiedlicher Größe. Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass, wenn die Reaktion des Gewebes vom Flüssigkeitsfluss abhängig ist, größere Klumpen mehr Zeit benötigen würden, damit die Flüssigkeit durch sie abfließt, und sie daher auch mehr Zeit zur Entspannung benötigen würden. Wenn die Reaktion jedoch ausschließlich von der inneren Struktur der Zellen abhinge, sollte die Entspannungszeit unabhängig von der Probengröße gleich sein.

Die Ergebnisse waren eindeutig. In einer Reihe von Experimenten mit verschiedenen Arten und Größen von Geweben beobachteten sie einen klaren und wiederkehrenden Trend: Je größer der Klumpen war, desto länger dauerte es, bis er sich entspannte. Dies war der krönende Beweis dafür, dass der interzelluläre Flüssigkeitsfluss die mechanische Reaktion des Gewebes auf Deformation dominiert. An der Forschung beteiligten sich auch Wissenschaftler der Universität Peking, was die globale Relevanz dieser Entdeckung bestätigte.

Implikationen für die Medizin und zukünftige Therapien

Die Entdeckungen aus dem Labor am MIT, das sich in der Stadt Cambridge befindet, haben weitreichende Implikationen für die praktische Medizin. Das Wissenschaftlerteam glaubt, dass die Ergebnisse auf das Verständnis einer breiten Palette von physiologischen Zuständen angewendet werden könnten. Zum Beispiel werden Gewebe beim Altern steifer, teilweise aufgrund von Veränderungen in der extrazellulären Matrix, die den Flüssigkeitsfluss erschweren. Bei Krebs kann erhöhter Druck innerhalb eines Tumors den interzellulären Fluss antreiben, der Krebszellen buchstäblich in das umliegende gesunde Gewebe "drückt" und so Invasion und Metastasierung fördert. Das Verständnis dieses Mechanismus könnte zu neuen Strategien zur Verhinderung der Ausbreitung der Krankheit führen.

Die Vision des Teams reicht bis zum Design von künstlichen Geweben und Organen. Beim Engineering von künstlichem Gewebe für die Transplantation könnten Wissenschaftler den interzellulären Fluss optimieren, um seine Funktion, Widerstandsfähigkeit und Integration in den Körper des Empfängers zu verbessern. Sie vermuten auch, dass dieser Fluss als neuer Weg zur Lieferung von Nährstoffen oder Medikamenten genutzt werden könnte, sei es zur Heilung von geschädigtem Gewebe oder zur gezielten Zerstörung von Tumoren. "Wie unsere Arbeit zeigt, regt die Anwendung von Druck auf das Gewebe den Flüssigkeitsfluss an", sagt Guo. "In Zukunft können wir über die Entwicklung von Methoden nachdenken, wie zum Beispiel therapeutische Massagen, mit denen wir den Flüssigkeitsfluss gezielt lenken könnten, um Nährstoffe zwischen den Zellen zu transportieren."

Der nächste Schritt für dieses Forschungsteam ist die Untersuchung der Rolle des interzellulären Flusses bei der Gehirnfunktion, mit einem besonderen Fokus auf neurodegenerative Störungen wie die Alzheimer-Krankheit. "Der interzelluläre oder interstitielle Fluss im Gehirn hilft, Stoffwechselabfallprodukte zu entfernen und Nährstoffe zu liefern", fügt Liu hinzu. "Eine Verbesserung dieses Flusses könnte in bestimmten Fällen nützlich sein, zum Beispiel zur Beseitigung der Amyloid-Plaques, die für die Alzheimer-Krankheit charakteristisch sind." Diese fundamentale Entdeckung über die Bedeutung des Raumes zwischen den Zellen schlägt ein neues Kapitel in der Biologie und Medizin auf und verspricht Fortschritte in Bereichen, die bis vor kurzem unvorstellbar waren.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology