Reflektometrische Methoden zur Charakterisierung der Zelladsorption auf Oberflächen

Abstract

Die Interaktion von Zellen mit ihrer Umgebung spielt eine wesentliche Rolle in einer Vielzahl ständig ablaufender Prozesse in lebenden Organismen. Das Verständnis der komplexen Vorgänge der Adsorption und Interaktion der Zellen mit ihrer Umgebung sind zudem zentral für die Entwicklung erfolgreicher Implantate. Um diese Interaktionen beobachten und quantifizieren zu können sind direkte optische Methoden sehr vielversprechend. Daher wurde die Reflektometrische Interferenzspektroskopie (RIfS) auf ihre Möglichkeiten und Grenzen zur Erforschung der Zelladsorption auf mit Proteinen beschichteten Glassubstraten bewertet. Zudem wurde eine weitere Methode – die Einwellenlängenreflektometrie (single colour reflectometry (SCORE)) – zum ersten Mal für das Untersuchen von Zellen an Oberlfächen herangezogen. Die SCORE-Ergebnisse zur Untersuchung der Zelladsorption auf mit verschiedenen Proteinen beschichteten Glassubstraten wurde mit einer klassischen bildgebenden Methode verglichen und die Reproduzierbarkeit der Messungen bewertet. Die Daten wurden in unterschied-lichen Bereichen der Proteinoberflächen ausgewertet, wodurch morphologische Veränderungen der Zelle im SCORE-Signal beobachtbar gemacht werden konnten. Auch die kombinierte Untersuchung von SCORE mit einer Methode zur Messung der Adhäsionskraft, wurde in einem Proof-of-Principle Versuchsaufbau gezeigt. Da der kinetischen Untersuchung der Zelladsorption immer mehr Interes-se entgegengebracht wird, wurde in dieser Arbeit die Machbarkeit der kinetischen Untersuchung der Zelladsorption mittels dieser beiden Methoden bewertet. Verschiedene kinetische Modelle wurden für die Auswertung herangezogen und Ergebnisse, Grenzen, Vor- und Nachteile der kinetischen Modelle bei dem vorliegenden Datensatz dargestellt und diskutiert. Auch die Dynamik der Zelladhä-sion wurde untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich die reflektometrischen Methoden RIfS und SCORE sehr gut eignen, um Interaktionen von Zellen mit Oberflächen zu beobachten. Die markierungsfreie Funktionsweise, die hohe zeitliche Auflösung, das sehr gute Signal-zu-Rausch-Verhältnis und im Falle der SCORE die Möglichkeit zum Multiplexing sind Vorteile gegenüber anderen analytischen Methoden zur Charakterisierung der Zelladsorption auf Oberflächen und versprechen zahlreiche zukünftige Anwendungsmöglichkeiten.