Untersuchungen zur Ankopplung von gentechnisch modifizierten HEK293-Zellen an siliziumbasierte Transducer-Materialien

Abstract

Um die elektrische Signalübertragung zwischen biologischen Systemen und Halbleitermaterialien zu untersuchen, beschäftigt sich die aktuelle Forschung in jüngster Zeit mit der direkten Ankopplung von Nervenzellen an Siliziumchips und Metallelektroden. Die Generierung elektrischer Impulse hängt dabei von Ionenkanälen in der Plasmamembran dieser Zellen ab. Mittels molekularbiologischer Verfahren fertigen wir gentechnisch modifizierte HEK 293 Zellen an. Es werden Zellinien hergestellt, die sowohl Dopamin-Rezeptoren, als auch zyklisch nukleotid-gesteuerte Ionenkanäle (CNG Kanäle) konstitutiv exprimieren. Die Dopamin-Rezeptoren erkennen spezifische Botenstoffe (Dopamin) in einer Lösung und erzeugen ein intrazelluläres biochemisches Signal. Es kommt zum Anstieg der intrazellulären Konzentration des Botenstoffes cAMP. Die CNG-Kanäle werden durch dieses zyklische Nukleotid direkt geöffnet. Mono- und divalente Kationen fließen durch den geöffneten Kanal in die Zelle. Die Zelle wird dabei elektrisch erregt und das Membranpotential ändert sich. Die Änderung des Membranpotentials soll als Meßgröße mit Hilfe eines Halbleiterchips gemessen werden. Gegenwärtig wird die bioelektronische Schnittstelle zwischen Zelle und Halbleiterstruktur im einzelnen charakterisiert. Dabei werden unterschiedliche Übertragungsmechanismen - an Hand von Mikroelektroden und kapazitiven Feldeffektstrukturen - auf der Basis von planarem, strukturiertem und porösem Silizium untersucht. Um die Haftung der Zellen auf den Siliziumchips zu verbessern, wurden die Chipoberflächen mittels verschiedener Methoden aktiviert (Sauerstoffplasmabehandlung, Poly-L-lysin, Laminin). Die Ergebnisse dieser Untersuchungen, sowie einleitende Ergebnisse, die die Signalübertragung an der Zell/Silizium-Schnittstelle betreffen, werden präsentiert und diskutiert.