Prof. Dr. Viola Vogel, D-HEST, Labor für Angewandte Mechanobiologie, ETH Zürich
Mechanische Kräfte beeinflussen massgeblich das Schicksal einer Zelle. Zellen und Gewebe können mechanische Kräfte spüren und übersetzen sie in biochemische Signale, welche dann das Verhalten der Zellen und des Gewebes steuern. Bei vielen Krankheiten, wie zum Beispiel Bluthochdruck oder Krebs, wird dieses Spiel der mechanischen Kräfte gestört. Das Verständnis dafür, wie mechanische Kräfte Zellfunktionen lenken, wird dazu beitragen, effektivere Therapien für diese Krankheiten zu finden. Doch wie kann eine Zelle mechanische Kräfte spüren? Und wie verhalten sich Stammzellen auf verschiedenen Trägermedien? Diese und andere Fragen beschäftigen Viola Vogel und ihr Team.
Wie Bakterien und menschliche Zellen mechanische Kräfte nutzen, um die biochemischen Funktionen von Proteinen zu schalten, ist eine zentrale Frage für Viola Vogel. Diese Forschung basiert auf der Nanotechnologie und ist daher erst seit ein paar Jahren überhaupt möglich. In ihrem interdisziplinären Team arbeiten Biologen zusammen mit Chemikern, Materialwissenschaftlern und Physikern in einem grossen gemeinsamen Labor. «Dies ist sehr wichtig, um möglichst viel voneinander zu lernen, denn so ist die ganze Gruppe ständig miteinander in Kontakt, und jeder kann sehen, wie und mit welchen Methoden die anderen arbeiten», betont Viola Vogel.
Im Sommer letzten Jahres bewiesen Viola Vogel, ihr Doktorand Bojun Li und weitere Forscher europäischer Universitäten, dass die mechanische Verankerung von Kollagen-Proteinen von der Beschaffenheit der Netzstruktur des Trägermaterials reguliert wird, auf welchem sie wachsen. Diese mechanische Verankerung prägt so die Differenzierung von Stammzellen. «Lagen die Ankerpunkte näher zusammen, entwickelten sich Knochenzellen, während im Fall von weiter auseinander liegenden Ankerpunkten Fettzellen entstanden – unabhängig davon, ob die Oberfläche weich oder hart war», erklärt Viola Vogel. Diese Entdeckung wird die Materialien, welche zur Anzucht von Stammzellen verwendet werden, massgeblich beeinflussen. Wenn man ein spezifisches künstliches Gewebe erzeugen möchte, muss man daher auf das richtige Trägermedium und dessen Architektur achten.
Viola Vogel und ihr Team waren im Frühjahr 2013 auch an zwei anwendungsbezogenen Studien in Kollaboration mit Prof. Simon Hoerstrup am Universitätsspital in Zürich beteiligt. Eine Stammzelltherapie mit humanen Stammzellen bei chronischem Herzinfarkt bei Säugetieren bestätigte, dass das Schicksal menschlicher Stammzellen nach einem Herzinfarkt in-vivo, d.h. am lebenden Organismus, beobachtet werden kann. «Diese Studien zeigen, dass der Effekt einer Gentherapie mit humanen Stammzellen im Organismus nachverfolgt werden kann», bemerkt Viola Vogel. Die Stammzellen wurden Schweinen oder fetalen Schafen in den Herzmuskel transplantiert und zu einem späteren Zeitpunkt mit verschiedensten Methoden (MRI, PCR, Durchflusszytometrie, Immunhistochemie) analysiert. Fetale Schafe und Schweine wurden verwendet, da sie bei der Transplantation von menschlichen Stammzellen keine unerwünschte Immunreaktion auslösen. «Diese Studien zeigen den direkten Einfluss der Gentherapie ohne dass eine Therapie zur Unterdrückung des Immunsystems notwendig ist, welche die Ergebnisse eventuell verfälschen würde», fügt Viola Vogel an.
Prof. Dr. Viola Vogel wurde am 12. Dezember 1959 in Tübingen geboren. Nach ihrem Studium der Physik an der Goethe Universität in Frankfurt forschte sie für ihre Diplom- und Doktorarbeit am Max-Planck- Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen. Anschliessend ging sie für zwei Jahre als Post-Doktorat an die University of California in Berkeley. Im Jahr 1990 erhielt sie eine Assistenzprofessur in Bioengineering an der University of Washington, wo sie 1997–2003 das Zentrum für Nanotechnologie gründete. Seit 2004 ist Viola Vogel an der ETHZürich und leitet dort das Labor für Angewandte Mechanobiologie. Sie erhielt mehrere internationale Auszeichnungen für ihre exzellente Forschung.
