Projektdaten

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Die feldgesteuerte Passage von multifunktionellen Hybridmaterialien über Zellbarrieren in einem kontinuierlichen Flusssystem

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In diesem Projekt soll die Wechselwirkung von multifunktionellen Hybridmaterialien mit biologischen Systemen untersucht werden. Eine wesentliche Frage ist, wie sich diese Wechselwirkung über ein externes Magnetfeld beeinflussen oder steuern lässt. Dazu sind zunächst die entsprechenden Hybridmaterialien herzustellen. Diese bestehen aus einem magnetischen Kern und einer äußeren Hüllschicht aus Proteinen. Eine Zwischenschicht aus verschiedenen Materialien (Stärke, Polyethylenimin) dient als Ankerschicht für das Aufbringen der Proteine. Für die Herstellung dieser Proteinschicht sind verschiedene Quellen zu testen (Kälberserum, Patientenplasma). Ihre Multifunktionalität erreichen diese Partikel durch ihr Potenzial für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen, wie MRT, MPI, magnetisches drug targeting und magnetische Hyperthermie. Vor der Untersuchung der Wechselwirkung mit den biologischen Systemen sind die multifunktionellen Hybridmaterialien umfassend vorzubereiten. Dies beinhaltet die Entwicklung von Prozeduren zur Keimfreimachung mittels UV-Sterilisation sowie der Etablierung der Gefriertrocknung für die langfristige Haltbarmachung der Hybridmaterialien; diese dürfen nicht zytotoxisch sein und müssen Blutverträglichkeit aufweisen. Für die Untersuchung der Wechselwirkung der Hybridmaterialien Zellen werden entsprechende Zellsysteme in einen am Universitätsklinikum Jena entwickelten mikrofluidischen Biochip integriert. Dieser Chip bietet gegenüber existierenden statischen Zellsystemen den entscheidenden Vorteil, dass die Zellen unter Flussbedingungen und über mehrere Wochen am Leben gehalten werden können. So kann die Partikel-Zell-Wechselwirkung über lange Zeiträume studiert werden, ohne dass Tierversuche durchgeführt werden müssen. Besondere Bedeutung liegt dabei auf der Nachbildung der Blut-Plazenta-Barriere im Biochip, um damit die Versuchsplanung für geplante aufwändige Plazentastudien realisieren zu können. Für die Untersuchung der Wechselwirkung wird neben der Passage der Hybridmaterialien durch die Zellbarrieren ein besonderer Schwerpunkt auf die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Auflösung der Nanopartikelinteraktion gelegt. Weiterhin bietet der Biochip die Möglichkeit den Lebenszyklus der Hybridmaterialien in biologischen Systemen zu untersuchen. Hier wird mittels Langzeit-Beobachtung der intrazellulär verbleibenden Nanopartikel festgestellt werden, ob es innerhalb der Zelle zu einer Desintegration der Hybridmaterialien bis hin zum Abbau der magnetischen Kerne kommt. Letztendlich dienen diese Erkenntnisse der Planung und Durchführung von ex-vivo Studien zur Partikel-Gewebe-Interaktion zwischen den hergestellten multifunktionellen Hybridmaterialen und menschlichem Spendergewebe mittels des Plazenta-Perfusionsmodells. Durch das Einbringen eines regelbaren Magnetfeldgradienten in den Biochip sowie das Plazentamodell wird untersucht, inwieweit sich die Interaktion mittels eines Magnetfeldes beeinflussen oder steuern lässt.