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Transepitheliale impedanzspektroskopische 4-Punkt- Messung von Caco-2-Zellen und -Geweben mittels Chipdevices
Christian Peter
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Emmerich Bertagnolli
DOI
10.25365/thesis.18771
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29871.95752.654064-0
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pharmazeutische Wirkstoffe werden häufig oral eingenommen und über die Darmwand weiter in den Körper
verteilt. Die Darmwand stellt somit eine entscheidende Barriere dar, die eine Arznei überwinden muss, um
gezielt wirken zu können. Caco-2-Zellen haben sich in der pharmazeutischen Technik als in vitro Ersatz für
in vivo Transportstudien, von über die Darmwand resorbierten Arzneien, bewährt. Dabei wird der Transport
der Arznei durch (trans-epithelial) ein konfluentes Caco-2-Zellgewebe beobachtet. Ein konfluentes Caco-2-
Gewebe ist dadurch charakterisiert, dass eine lückenlose Barriere zwischen den Gewebeseiten entsteht. Die
Impedanzspektroskopie (IS) ist eine elektrische Messmethode, die sich als zielführend erwiesen hat, um die
Konfluenz eines Caco-2-Zellgewebes zu prüfen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich im ersten Teil mit der Herstellung und Charakterisierung eines
Mikroelektrodensystems für transepitheliale impedanzspektroskopische (IS) in vitro Untersuchungen an
Caco-2-Zellgeweben mit 4-Punkt-Elektrodenmesstechnik. Im zweiten Teil werden Caco-2-Zellen in mit
Elektroden ausgestatteten Zellkulturkammern kultiviert und während deren Vermehrung zu einem
konfluenten Zellschicht kontinuierlich transepitheliale IS-Messungen durchgeführt.
Bei der Messung stehen zwei Mikroelektroden einer Chipoberfläche einem oberhalb über den
Chipelektroden befindlichen Elektrodenpaar gegenüber. Das gesamte Messsystem stellt 8 solche
Elektrodenanordnungen bereit, die jeweils eine Zellkulturkammer mit elektrischen Sensoren ausstatten und
eine jeweils voneinander unabhängige Messumgebung bilden. Der Messablauf wird durch eine LabVIEWProgrammierung,
einen Multiplexer (MUX) und ein Fluidik-System soweit automatisiert, sodass ISMessungen
(1Hz-100kHz) an biologischen Zellen bzw. Geweben kontinuierlich (jede h oder alle 2h) über
mehrere Tage (7-24) ohne menschliches Eingreifen durchgeführt werden können.
Zu Beginn werden vereinzelte Caco-2-Zellen in einer elektrolytischen RPMI-Nährlösungssuspension in die
Zellkulturkammern ausgesät. Im Zuge der Vermehrung der Zellen überwachsen sie zunehmend die Chip-
Elektroden. Die zunehmende Konfluenz des Caco-2-Zellmonolayers auf den Chipelektroden erhöht - so die
dem Experiment zugrundeliegende Hypothese - die transepitheliale Impedanz bei charakteristischen
Frequenzen. Neben der elektrischen Messung wird mit Hilfe von mikroskopischer Aufnahmen auf die
Konfluenz des Caco-2-Zellmonolayers geschlossen. Der Vergleich des elektrischen mit dem optischen
Ergebnis, zeigt eine Korrelation zwischen Zellbedeckung der Elektroden in Form eines Anstiegs der
transepithelialen Impedanz. Abschließend wurden chemische Substanzen, sogenannte Permeation Enhancer
(PE), eingesetzt um den parazellulären Ionenstrom durch Caco-2-Zellgewebe zu beeinflussen. Dieses letzte
Experiment brachte die Gewissheit, dass der Anstieg, der im transepithelialen Impedanzspektrum zu
beobachten ist, ausschließlich auf die Zellbedeckung der Elektroden zurückgeführt werden kann. All diese
Untersuchungen stellen eine Grundlage für die weiterführende Beschreibung von Transportmechanismen
durch die Darmwand durch ein elektrisches Modell dar.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Impedanzspektroskopie TEER Parazellulärer Ionenstrom Permeation Enhancer Chipelektroden Caco-2-Zellen Zellmonolayer konfluente Zellschichten
Autor*innen
Christian Peter
Haupttitel (Deutsch)
Transepitheliale impedanzspektroskopische 4-Punkt- Messung von Caco-2-Zellen und -Geweben mittels Chipdevices
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
144 S.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Emmerich Bertagnolli
AC Nummer
AC09024726
Utheses ID
16819
Studienkennzahl
UA | 411 | | |