Op zichzelf oefent ultrageluid nauwelijks invloed uit op cellen. Bellen kunnen de kracht van ultrageluid echter versterken en focusseren tot op micrometers (duizendsten millimeters). Wetenschappers brengen de levende cellen in contact met bellen ter grootte van enkele micrometers. Onder invloed van ultrageluid verandert de straal van de bellen, die zelfs uit elkaar kunnen spatten. De bellen oefenen zo krachten uit op de naburige cellen. Het precieze mechanisme van de interactie tussen cellen en bellen was tot nu toe niet goed begrepen.
Afb.1: De opzet van het experiment (de afmetingen van het cuvet zijn 1 centimeter bij 1 centimeter bij 4 centimeter). De piëzo-elektrische transducer genereert een staand ultrageluidsveld.
FOM-postdoc Philippe Marmottant en universitair docent Sascha Hilgenfeldt, beiden werkzaam in de groep van Detlef Lohse aan de Universiteit Twente, hebben voor de eerste keer de elementaire wisselwerking tussen een enkele bel en een enkele cel geobserveerd met hoge-snelheidsfotografie. Zij brachten een kunstcel, een blaasje bestaande uit een membraan van lipiden gevuld met water, in contact met een oscillerende luchtbel, beide met een diameter van 20 tot 100 micrometer. De hoge-snelheidsfilmpjes laten zien dat de cellen heftige bewegingen ondergaan in de buurt van de luchtbel. De cellen vervormen en als de amplitude groot genoeg is, breekt het membraan en gaat de cel kapot. Zelfs een relatief kleine oscillatie van de luchtbel, een paar procent van de straal, is al voldoende om de celwand te openen. De oscillerende bel veroorzaakt een akoestische stroming.
Afb. 2: Te zien is hoe een blaasje (met een diameter van 80 micrometer) met een fluoriserend lipide membaan nadert tot een bel (gemarkeerd door een witte cirkel). Het blaasje vervormt en breekt open, met achterlating van puindeeltjes achter de bel. klik op de afbeelding voor een grotere versie
Marmottant en Hilgenfeldt ontwikkelden een theorie die deze stroming kwantitatief beschrijft. Als gevolg van snelheidsverschillen in de stroming voelt het membraan van de cel schuifkrachten, die de cel vervormen en kapot maken. De Twentenaren hebben ook laten zien dat ze hele cellen kunnen binnendringen en dat luchtbellen van enkele micrometers hetzelfde effect hebben. De resultaten openen veel mogelijkheden voor biotechnologie met bellen. De onderzoekers hebben vandaag hun resultaten gepubliceerd in Nature.