Zellbiophysik Achilles-Geheimnis wird enträtselt - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Zellbiophysik

Achilles-Geheimnis wird enträtselt

Arbeit am Fluoreszenz-Mikroskop. Durch einen interdisziplinären Ansatz kamen Münchner Forscher dem Geheimnis der Achillesferse auf die Spur Bild: Andreas Heddergott / TUM
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Zellbiophysik | Gehen, laufen, rennen – jede Bewegung des Fußes zerrt an der Achillessehne. Warum die Verbindung zwischen Fersenbein und Achillessehne enormen Kräften standhält, haben Forscher jetzt entdeckt.
Die Achillessehne ist die stärkste Sehne des menschlichen Körpers. Sie hält bis zum Zehnfachen des Körpergewichts aus – doch weshalb? Ein interdisziplinäres Team aus Medizin, Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften an der Technischen Universität München hat jetzt den Grund dafür entdeckt. Zwischen Sehnen und Knochen fanden die Experten eine Gewebeschicht, die aus extrem dünnen Proteinfasern besteht und für eine sehr hohe Stabilität sorgt. Menschen sind daher in der Lage, über Hürden zu springen, hohe Sprünge und harte Landungen zu machen, ohne dass die Verbindung zwischen Sehne und Fersenbein Schaden nimmt. Tatsächlich reißt eher die Sehne, als dass sich die Verbindung zum Knochengewebe löst.
Bisher wurde angenommen, dass die Sehnen direkt am Knochen ansetzen. „Tatsächlich gibt es jedoch einen Übergangsbereich“, sagt Prof. Andreas Bausch, der Leiter der Forschungsgruppe. Hier spleißt sich das Sehnengewebe auf in Dutzende feiner Fasern mit einer charakteristischen biochemischen Zusammensetzung: „Die dünnen Fasern sind fest in der zerklüfteten Oberfläche des Knochens verankert und mechanisch äußerst belastbar.“
Entdeckt wurden die feinen Fasern durch einen neuen, interdisziplinären Forschungsansatz. Ein Stück Schweineknochen mit Sehne, in der Orthopädie präpariert, wurde am Lehrstuhl für Zellbiophysik in eine Apparatur eingespannt und fixiert. Dann richteten die Forscher das Mikroskop auf die Grenzschicht, entlang derer die Sehne mit dem Knochen verwachsen ist. Mit Hilfe der Multiskalen-Mikroskopie wurden Dutzende von Aufnahmen erstellt und digital zu einem großen Bild zusammengeführt.
Im nächsten Schritt verwendete das Team fluoreszierende Antikörper, um bestimmte Proteine zum Leuchten zu bringen. Hier zeigte sich, dass die Fasern eine andere biochemische Zusammensetzung haben als die eigentliche Sehne. Im dritten Teil des Experiments bewegten sie die Sehne unter Belastung hin und her und filmten dabei die Fasern. Je nach Belastungsrichtung sind unterschiedliche Fasern aktiv und stabilisieren den Kontakt.
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