Selbstorganisation in der Blutbahn

Durch fein verzweigte Blutbahnen transportieren rote Blutkörperchen lebenswichtigen Sauerstoff zu Muskeln, Gehirn und Organen. Doch die Blutzellen verteilen sich nicht immer gleichmäßig in der Strömung, sondern wählen an Verzweigungen scheinbar zufällig mal die eine, mal die andere Blutbahn. Diese Oszillationen, die im schlimmsten Fall zu Bluthochdruck oder einer Unterversorgung mit Sauerstoff führen können, untersuchten Wissenschaftler nun genauer. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichten, ist eine noch ungeklärte Selbstorganisation der Blutkörperchen für den permanenten Wechsel der Strömungsrichtung verantwortlich.

Um die Bewegung der roten Blutkörperchen nachzustellen, konzipierte Olgierd Cybulski vom Institut für Wissenschaft und Technologie im südkoreanischen Ulsan zusammen mit seinen Kollegen einen Modellversuch. Die feinen Blutbahnen im Körper imitierten sie mit verzweigten, etwa 400 Mikrometer breiten Kanälen, die sie in einen durchsichtigen Kunststoff frästen. Statt roter Blutkörperchen pumpten die Forscher gefärbte Wassertröpfchen in das Kanalsystem. Zunächst verteilten sich die Tröpfchen gleichmäßig in allen Kanalverzweigungen. Doch schon nach kurzer Zeit ballten sich einzelne Tröpfchen zu kleinen Ketten zusammen. An den Verzweigungen strömten dann alle Tröpfchen entweder nur in den linken oder in den rechten Kanal. Dieser regelmäßige Wechsel sorgte dafür, dass sich eine selbstorganisierte Oszillation zwischen den beiden möglichen Kanälen beobachten ließ.

„So konnten wir zeigen, dass die Oszillation ein zuverlässig auftretendes, sich selbst unterstützendes Phänomen darstellt“, sagt Cybulski. Der Effekt trat unabhängig von der Viskosität der Tröpfchenflüssigkeit und von den Benetzungseigenschaften des Materials auf. Computersimulationen zeigten allerdings, dass sich die Oszillationen durch einzelne Kollisionen der Tröpfchen an den Verzweigungen und durch zusätzliche Kanalverknüpfungen unterdrücken ließen.