Ultrastrukturelle Analyse sowie Steuerung der Substratadhäsion kardialer Zellen

Abstract

Fokaladhäsionen symbolisieren nicht nur einfache starre Verankerungspunkte der Zelle an das extrazelluläre Substrat, sondern sie stellen hochdynamische Multiproteinaggregate innerhalb der Zelle dar, die je nach Anforderung auf molekularer Ebene modifiziert und angepasst werden können. Über die mechanische Kopplung der Zelle an das zu Grunde liegende Substrat werden sowohl externe, als auch interne chemische und physikalische Stimuli aufgenommen, verarbeitet und weitergeleitet.<br /> Fokaladhäsionen spielen eine essentielle Rolle in verschiedenen zellulären Prozessen und auf unterschiedlichen zellulären Ebenen, die das Überleben der Zelle sichern. Dazu gehören Prozesse wie die Proliferation, Differenzierung, Genexpression, Migration, Kraftaufnahme sowie die Kraftübertragung.<br /> In den letzten Jahrzehnten wurden viele unterschiedlichen Aspekte der Fokaladhäsionen intensiv unter Verwendung vieler verschiedener Methoden, wie z. B. Immunfluoreszenz, Elektronenmikroskopie sowie biochemischer Analysenverfahren untersucht. Hierbei konnten viele Informationen über die molekulare Zusammensetzung und die Dynamik von Fokaladhäsonen gesammelt werden. Allerdings ist über die ultrastrukturelle Architektur, die diesen dynamischen Prozessen zugrunde liegt, nur wenig bekannt.<br /> In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch eine Ultraschallbehandlung der Zellen das kortikale Zytoskelett fast vollständig beseitigt werden kann. Mit dieser Kombination aus konfokaler Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie und deren Überlagerung, konnten die Adhäsionsstrukturen in den Zellen lokalisiert werden. Die anschließende Untersuchung dieser Bereiche ließ die Identifizierung von rundlichen Strukturen zu, die in direktem Kontakt zur Stressfaser und dem Substrat stehen.<br /> Der zweite Abschnitt dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Herstellung und Anwendung einer neuartigen mikrostrukturierten Folie, mit deren Hilfe erstmals reproduzierbar definierte, adhäsive Flächen auf elastischen Silikonkautschuksubstraten erstellt werden können. Diese definierten adhäsiven Flächen können mit Zellen kultiviert werden, wobei der vorgegebene Raum gänzlich von den Zellen beansprucht wird und es dadurch zur Formierung definierter Mikrokolonien kommt. Diese Technik bietet nun die Möglichkeit den Einfluss der Geometrie und der Elastizität in einem Experiment zu kombinieren und zu untersuchen.