Experimentelle Untersuchung des pathogenen Adhäsionsvorganges der Malaria tropica mit Schwingquarzsensoren

Abstract

Die Fähigkeit, Plasmodium falciparum-infizierter Erythrozyten über Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen an vaskuläres Endothel zu adhärieren, ist das Schlüsselereignis der Pathogenese der Malaria tropica und der damit verbundenen klinischen Symptomatik. Plasmodium falciparum induziert die Expression von PfEMP 1 an der Oberfläche parasitierter Erythrozyten und ermöglicht dadurch die Anheftung an verschiedenste Rezeptoren der Endothelzellen. Die Zielvorgabe der vorliegenden Arbeit war die experimentelle Untersuchung dieses pathogenen Adhäsionsvorganges mittels Schwingquarzsensorik. Dazu sollte der Zytoadhäsionsvorgang später Blutstadien Plasmodium falciparum-infizierter Erythrozyten an die Rezeptoren CD36 und CSA auf die Ebene der innovativen QCM-Technologie übertragen werden. In der Arbeitsgruppe für Biosensorik des IKET Tübingen wurde die QCM-Technologie damit weltweit erstmals für die Malariaforschung eingesetzt. Die Entwicklung und Optimierung geeigneter Beschichtungssysteme für die Schwingquarzsensoren sowie eines Protokolls zur Übertragung der einzelnen Komponenten des Zytoadhäsionsvorganges auf das Analysegerät Fidget Type Fg T1 waren Hauptbestandteile der Arbeit. Ein Protokoll zur Immobilisierung der den Hauptrezeptor CD36 tragenden C32-Membranen auf Basis der Poly-L-Lysin-Beschichtung entwickelte Frau Dipl. Biol. Daniela Kömpf im Rahmen ihrer Dissertation. In der vorliegenden Arbeit wurde der Ankopplungsvorgang Plasmodium falciparum-infizierter Erythrozyten an die den Hauptrezeptor CD36 tragenden C32-Membranen im Analysegerät Fidget Type Fg T1 biosensorisch reproduzierbar erfasst und untersucht. Außerdem gelang der Nachweis der erfolgreichen Immobilisation des in der Plazenta vorkommenden Rezeptors CSA mittels Biotinylierung auf der mit NeutrAvidin beschichteten Schwingquarzoberfläche. Als weitere Möglichkeit zur Visualisierung des komplexen Zytoadhäsionsvorganges wurde der Versuchablauf abschließend auf die mikrofluidische Sensorplattform übertragen und konnte so mithilfe entsprechender Time-Lapse-Aufnahmen live mitverfolgt werden.

The ability to adhere plasmodium falciparum-infected erythrocytes via receptor-ligand interactions to vascular endothelium plays a key role in the pathogenesis of Malaria tropica and its related clinical symptomatic. Plasmodium falciparum induces the expression of PfEMP 1 on the surface of the parasitised erythrocyte and therefore enables adhesion to various endothelial cell receptors. The aim of the presented dissertation was to investigate the above described pathogenic adhesion process using the QCM sensor technique. In this way, the cytoadhesion process of the late blood stages of plasmodium falciparum-infected erythrocytes to the CD36 and CSA receptors was intended to be transferred to innovative QCM technology. The Biosensor Research Group of the Institute of Clinical and Experimental Transfusion Medicine Tübingen applied QCM technology for research into malaria worldwide for the first time. The focus of this work was to develop and optimise suitable layers for the QCM sensor technique as well as a report for the transmission of the cytoadhesion process to the sensor platform Fidget Type Fg T1. Additionally, it was proved that the CSA receptor found in the placenta was immobilised by biotinylation of the NeutrAvidin-layered sensor surface. This experiment was finally transferred to the micro-fluidic platform, in order to visualise the complex cytoadhesion process and could thus be traced in microscopical real time observations.