Hierarchische Polymernischen für verbesserte Zellanhaftung

Forschungskontext / Theoretischer Rahmen Die Kontrolle und das Verständnis der Adhäsion von Zellen auf künstlichen Oberflächen ist nach wie vor ein wichtiges Thema in den Material- und Biowissenschaften. In dieser Hinsicht scheint die Kombination von Top-down- (Kontaktdruck) und Bottom-up-Ansätzen (ATRP-Polymerisation + schichtweise Adsorption von Polyelektrolyten und Proteinen) eine vielversprechende Strategie für das Design und die Herstellung von zellattraktiven Oberflächen zu sein. Interessanterweise ermöglicht diese Methodik den Übergang von 2D- zu 3D-ähnlichen hierarchischen Strukturen mit hybriden Inhalten (Nischen), die eine spätere Zellanhaftung auf der Oberseite beeinflussen, indem sie die spezifischen Bindungsstellen (RGD-, IKVAV-Anteile) gegenüber den Zielmembranrezeptoren (z. B. Integrine, CD44) besser freilegen. Der ergänzende Einsatz der Rasterkraftmikroskopie (AFM) mit einer lebenden Zelle als Sonde zusammen mit der Quarzkristallmikrowaage mit Dissipation (QCM-D) wird eine frühzeitige Analyse und Quantifizierung dieser Zell-Substrat-Wechselwirkungen auf der Nanoskala ermöglichen. Hypothesen/Forschungsfragen/Zielsetzungen Die Haupthypothesen des Projekts sind die folgenden: i) Die Kombination von substratverankerten Polymerbürsten und schichtweise aufgebrachten Polyelektrolytketten führt zu weichen 3D-Nischen für eine verbesserte Adsorption von ECM-Proteinen. Die Umwandlung von 2D-Grenzflächen in 3D-ähnliche Architekturen wird wiederum die Zellanhaftung und die Zellproliferation verbessern, was sich insbesondere auf die Zellmorphologie und die Anzahl der gebildeten Zell-Substrat-Verbindungen auswirkt. ii) Die Anwendung von Contact-Printing-Techniken vor dem Aufpfropfen der Bürsten ermöglicht die Herstellung von lokalisierten individuellen 3D-Anhaftungspunkten. Die lokale Anwesenheit spezifischer Moleküle beeinflusst die Zell-Substrat-Affinität, was sich letztendlich auf die Zellmorphologie und die Bildung einer unterschiedlichen Anzahl von Zell-Oberflächen-Kontakten auswirkt. iii) Die Technik der Einzelzell-Sonden-Kraftspektroskopie (SCPFS) ist empfindlich genug, um frühe Anheftungsereignisse bei Zell-Substrat-Kontakten zu identifizieren. Durch die Verwendung einer lebenden Zelle als Eindrücksonde können Vorgänge auf der Nano- und Mikroskala bestimmt werden. Ansatz / Methoden Die folgenden Methoden werden zur Untersuchung der Substratvorbereitung und des Zelladhäsionsverhaltens eingesetzt: Rasterkraftmikroskopie (AFM) im SCPFS-Modus, (konfokale) Fluoreszenzmikroskopie, Quarzkristallmikrowaage mit Dissipation (QCMD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Zellkulturprotokolle.