In numerose malattie come la malaria o il cancro, le cellule del sangue e del corpo malate e sane differiscono nel loro grado di durezza. Ora, possono essere facilmente separati l'uno dall'altro da un nuovo effetto fisico. Nel processo, il flusso attraverso i microcanali assicura che le cellule si separino in flussi di cellule più dure e più morbide. Questo è stato ora scoperto da un team di ricerca internazionale guidato dal fisico di Bayreuth, il Prof. Dr. Walter Zimmermann. Nel diario Lettere di revisione fisica , gli scienziati presentano le loro scoperte fondamentali e dimostrano il loro potenziale per le applicazioni mediche.

I microcanali hanno diametri minuscoli compresi tra appena 10 e 500 micrometri. Quando le cellule del sangue, le cellule del corpo o le capsule molli nel flusso di un liquido acquoso sono condotte attraverso tali tubi con pareti diritte, sono messi in moto rotatorio dal flusso. In questo modo si muovono verso il centro del tubo come verso una linea di attrazione immaginaria ("attrattore"). Questa linea diventa quindi il percorso lungo il quale viaggiano tutte le particelle, indipendentemente dalla loro durezza o dimensione. Gruppi di ricerca delle Università di Bayreuth e Grenoble hanno trovato la spiegazione di questo fenomeno diversi anni fa:il fattore decisivo qui è che le particelle morbide cambiano forma sotto l'influenza della pressione e delle condizioni di flusso all'interno del tubo. "Eravamo quindi curiosi di vedere come si comportano le particelle molli quando migrano nei flussi che nascono in microcanali con pareti ondulate. Questi tubi sono di forma simmetrica, perché hanno un asse longitudinale rettilineo, ma il loro diametro diventa alternativamente più piccolo e più grande. Non era mai stato studiato prima come i movimenti migratori delle particelle cambiano in queste condizioni, " riferisce Zimmermann.

Un nuovo progetto dei due gruppi di ricerca di Bayreuth e Grenoble e del Centro di ricerca Jülich ha ora portato a risultati sorprendenti:nei tubi con pareti ondulate, non solo c'è una linea di attrazione nel mezzo del tubo, ma si formano anche altre due linee di attrazione. Questi corrono paralleli alle pareti, tra il centro del tubo e le due pareti, e sono anche a forma di onda. Le capsule più morbide si spostano verso il centro del tubo nel flusso, e continuano il loro cammino lungo questo asse longitudinale. Capsule più dure, d'altra parte, sono deviate verso le linee ondulate di attrazione.

"Sulla base di questa fondamentale scoperta fisica, volevamo scoprire se si potevano derivare applicazioni per la medicina, e hanno studiato il comportamento dei globuli rossi più duri e più morbidi, " dice Winfried Schmidt M.Sc., studente di dottorato nel programma di studio elite Biological Physics a Bayreuth. Ci sono numerose malattie, come la malaria, cancro o diabete mellito, che causano la modifica della durezza dei globuli rossi. A seconda della malattia, le cellule del sangue malate sono più dure o più morbide delle cellule del sangue sane. Si è scoperto che in tutti questi casi le cellule malate e sane possono essere separate utilizzando la stessa semplice procedura:viaggiano nel microcanale verso diverse linee di attrazione e possono essere raccolte separatamente all'estremità del tubo. In questo modo, sarà probabilmente possibile trarre conclusioni sulla gravità di una malattia insieme ad altre caratteristiche.

Ulteriori potenziali applicazioni derivano dal fatto che non solo più duro e morbido, ma anche le particelle morbide più grandi e più piccole possono essere separate in questo modo:le particelle più piccole viaggiano lungo l'asse longitudinale, mentre le particelle più grandi seguono l'onda, linee di attrazione esterne.

I risultati ora pubblicati sono un esempio di quanta ricerca di base in fisica sia guidata da computer e mainframe moderni. "Abbiamo raggiunto i nostri risultati attraverso considerazioni e calcoli teorici, nonché attraverso simulazioni al computer. Lettere di revisione fisica , una delle riviste di fisica più importanti al mondo, ha trovato il nostro studio così convincente che è stato accettato per la pubblicazione anche senza test sperimentali, " dice il primo autore Matthias Laumann M.Sc., dottorato di ricerca studente presso l'Università di Bayreuth. "Saremmo lieti se la nostra pubblicazione stimolasse esperimenti in cui altri gruppi di ricerca scoprissero ulteriori interessanti potenziali applicazioni, sia nel campo della medicina e non solo, " aggiunge Zimmermann.