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Establishment of a microfluid chip to investigate the influence of shear stress on brain endothelial cells
Palle Steen Helmke
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Diplomstudium Pharmazie
Betreuer*in
Winfried Neuhaus
DOI
10.25365/thesis.69549
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11091.50892.362717-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine lebensnotwendige Barriere, um das zentrale Nervensystem (ZNS) vor dem Einfluss schädlicher Substanzen aus dem menschlichen Körper zu schützen. Dabei wird das ZNS vor allem von Mikroorganismen und pathogenen Substanzen abgeschirmt, die potenziell Schäden und neurale Defekte auslösen können.
Somit kommt der BHS eine protektive Rolle zu. Allerdings bringt diese auch einen wesentlichen Nachteil mit sich. So schränkt die BHS die ZNS-Gängigkeit potenzieller Wirkstoffe in der Therapie verschiedener Erkrankungen wie Morbus Parkinson und Demenz (z.B. Morbus Alzheimer) ein. Um den Weg von Wirkstoffen durch die BHS ins ZNS verstehen zu können, ist es unerlässlich die Eigenschaften und Funktionen der BHS vollständig aufzuklären. Dabei scheint besonders der Blutfluss und der resultierende Scherstress einen Einfluss auf die Permeabilität der BHS zu haben.
In dieser Arbeit wurde ein geeignetes Protokoll für die Kultivierung einer humanen Endothelzelllinie (hCMEC/D3) unter Flussbedingungen entwickelt. Dazu wurde ein mikrofluidischer Chip konstruiert, auf dem die hCMEC/D3-Zellen kultiviert wurden. Für die Etablierung des Protokolls wurden die optimalen Kulturbedingungen festgelegt. So konnte festgestellt werden, dass die hCMEC/D3 über einen Versuchszeitraum von drei Tagen bei einer maximalen Scherbelastung von 7.5 dyne/cm² über sechs Stunden kultiviert werden können.
Das etablierte Protokoll wurde dazu genutzt bei definierten Scherungsraten und Zeitpunkten, Zell-Lysate zu generieren. Als Resultat konnten zeit- sowie scherungsabhängige Regulierungen in den mRNA-Expressionsmustern relevanter Zielgene der BHS festgestellt werden.
Besonders erwähnenswert war im Vergleich zu statischen Kontrollversuchen ein Trend zur Hochregulierung bei dem Transporter des „cationic aminoacid transporter 1“ (CAT1), sowie dem Wachstumsfaktor „vascular endothelial growth factor“ (VEGF). Im Gegensatz dazu konnte eine Tendenz zur Herabregulierung bei Genen der Junktionsmoleküle „VE-Cadherin“ und „Zonula occludens“ (ZO) sowie dem Transportmolekül „von Willebrand Faktor“ (vWF) ermittelt werden.
Abstract
(Englisch)
The blood-brain barrier (BBB) protects the central nervous system (CNS) against harmful substances. The CNS is predominantly secured against microorganisms and other pathogenic substances, which could potentially cause damage.
Hence, the BBB is the guardian of the CNS. Nonetheless, this role also entails a major disadvantage. The BBB inhibits potentially active substances, for the therapy of different diseases such as Morbus Parkinson or dementia (e.g. Morbus Alzheimer), from entering the brain. To understand the routes of transport of active substances across the BBB into the CNS, it is inevitable to fully elucidate the properties and functions of the BBB. In this regard, the blood flow and the resulting shear stress seem to influence the permeability of the BBB.
The aim of the current study was to establish a suitable protocol for the cultivation of a human endothelial cell line (hCMEC/D3) under flow conditions. For this purpose, a microfluidic chip was developed and the optimum culture conditions for hCMEC/D3 were determined. It was observed that the hCMEC/D3 cells could be cultured over a period of 3 days at a maximum shear stress of 7.5 dyne/cm² for 6 consecutive hours.
This protocol was applied in the second part of the current study to obtain cell-lysates at defined shear stresses and time points. As result, time- and shear dependent alterations in the mRNA expression patterns of relevant target genes of the BBB were detected.
Worth mentioning were time- and shear dependent upregulations, in comparison to the corresponding static controls, within the transporter “cationic aminoacid transporter 1” (CAT1) and the growth factor “vascular endothelial growth factor” (VEGF). On the contrary, downregulations were detected in genes of the junction molecules “VE-Cadherin” and “zonula occludens” (ZO) as well as the transporter molecule “von Willebrand factor” (vWF).
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
blood-brain barrier brain capillary endothelial cells central nervous system microfluidics shear stress
Schlagwörter
(Deutsch)
Blut-Hirn-Schranke Gehirn-Endothelzellen zentrales Nervensystem Mikrofluidik Scherstress
Autor*innen
Palle Steen Helmke
Haupttitel (Englisch)
Establishment of a microfluid chip to investigate the influence of shear stress on brain endothelial cells
Paralleltitel (Deutsch)
Etablierung eines mikrofluidischen Chips zur Untersuchung des Einflusses von Scherstress auf Gehirn-Endothelzellen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
210 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Winfried Neuhaus
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten
AC Nummer
AC16331957
Utheses ID
58994
Studienkennzahl
UA | 449 | | |