Barcelona (Labnews Media LLC) – Ein internationales Forschungsteam hat eine Strategie entwickelt, mit der sich lebendes Gewebe so steuern lässt, dass es gezielt dreidimensionale Formen annimmt. Durch chemische Muster auf der Unterlage können die Wissenschaftler die Ausrichtung der Zellen gezielt vorgeben und damit die inneren Kräfte des Gewebes lenken. Die Studie wurde am 16. April 2026 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Die Forscher des Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), der Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), des International Centre for Numerical Methods in Engineering (CIMNE) und des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Barcelona nutzen das Prinzip der nematischen Ordnung: Elongierte Zellen richten sich in großen Bereichen parallel aus. An bestimmten Punkten entstehen sogenannte topologische Defekte – lokal ungeordnete Stellen, an denen Kräfte konzentriert wirken.
Mit Hilfe von chemischen Mikrostrukturen – Proteinen, an denen Zellen haften, umgeben von nicht-adhäsiven Polymeren – konnten die Wissenschaftler diese Ausrichtung und die Position der Defekte präzise vorgeben. Sobald das Gewebe vom Substrat gelöst wird, entfalten sich die gespeicherten Spannungen und formen das Gewebe reproduzierbar in vorherbestimmte dreidimensionale Strukturen.
„Wir zeigen, dass wir die Form eines lebenden Gewebes allein durch die Kontrolle der Zell-Ausrichtung gestalten können“, erklärt Xavier Trepat, ICREA-Forschungsprofessor am IBEC und Mitautor der Studie. Erstautor Pau Guillamat ergänzt: „Die Orientierung der Zellen steuert die Kräfte – und die Kräfte bestimmen die dreidimensionale Form.“
Theoretische Modelle und Simulationen des Teams um Marino Arroyo von der UPC und CIMNE ermöglichen es, die endgültige Form bereits im Vorfeld vorherzusagen. Damit wird das System zu einer programmierbaren Plattform für die morphologische Gestaltung lebender Materialien.
Die Methode eröffnet Anwendungsmöglichkeiten in der Gewebeingenieurwissenschaft, der Entwicklung biohybrider Roboter und intelligenter lebender Materialien, die ihre Form und Funktion selbstständig anpassen können. Gleichzeitig dient sie als Modellsystem, um die Entstehung von Organen oder das Verhalten von Tumoren besser zu verstehen.
Die Studie trägt den Titel „Guidance of cellular nematic elastomers into shape-programmable living surfaces“ und ist unter DOI 10.1126/science.adz9174 in Science erschienen.
