Rasterkraftmikroskop
Final Report Abstract
Zelladhäsion ist ein fundamentaler biologischer Prozess. Mit dem beantragten Rasterkraftmikroskop (‘atomic force microscope‘) lassen sich adhäsive Kräfte, die bei der Bindung von Zellen an andere Zellen oder an Komponenten der extrazellulären Matrix auftreten, bestimmen und quantifizieren. Dies erfolgt durch die Fixierung einzelner Zellen an Cantilever mit definierten Federkonstanten. Diese Technik wurde bei uns genutzt, um der Frage nachzugehen, inwieweit Tumorzellen (Prostata-Karzinom, Brustzellkarzinom) im Knochenmark mit Knochenmarkstromazellen interagieren und ob sie die blutbildenden Stammzellen aus ihren Nischen verdrängen können. Bei der Differenzierung mesenchymaler Stammzellen können extrazelluläre Matrixkomponenten einen starken Einfluss ausüben, weshalb die Bindungsstärken von undifferenzierten und von myogen differenzierten mesenchymalen Stammzellen an verschiedene Laminin-Isoformen eingehend untersucht wurden. Biomechanische Eigenschaften von Substraten und Membranen, auf denen Zellen kultiviert werden, können einen großen Einfluss auf die zelluläre Proliferation und Differenzierungsfähigkeit haben. So konnte gezeigt werden, dass die Steifigkeit einer Membran einen direkten Einfluss auf die Form und Geometrie der Zellen hat und die Elastizität der verwendeten Membranen auch in direktem Zusammenhang mit der Differenzierung mesenchymaler Stammzellen steht. In beiden Studien wurde mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie der elastische Modulus (Young’s Modulus, ein Maß für die elastische Eigenschaft) für die verschiedenen verwendeten Membranen bestimmt. Mit diesen “Push-or-Pull“-Techniken (Elastizitäts- oder Einzelzellkraftmessung) konnten wir unser Methodenspektrum an der Medizinischen Fakultät der Universität Tübingen um zwei aussagekräftige Techniken erweitern, die vorher nicht zur Verfügung standen.
Publications
- Mesenchymal stromal cells for sphincter regeneration: role of laminin isoforms upon myogenic differentiation. PLoS One, 10(9): e0137419, 2015
Seeger, T., M. Hart, M. Patarroyo, B. Rolauffs, W.K. Aicher, and G. Klein
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0137419) - Stretching human mesenchymal stromal cells on stiffness-customized collagen type I generates a smooth muscle marker profile without growth factor addition. Sci. Rep., 6: 35840, 2016
Rothdiener, M., M. Hegemann, T. Uynuk-Ool , B. Walters, P. Papugy, P. Hguyen, V. Claus, T. Seeger, U. Stöckle, K.A. Boehme, W.K. Aicher, J.P. Stegemann, M. Hart, B. Kurz, G. Klein, and B. Rolauffs
(See online at https://doi.org/10.1038/srep35840) - The geometrical shape of mesenchymal stromal cells measured by quantitative shape descriptors is determined by the stiffness of the biomaterial and by cyclic tensile forces. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2017 Mar 29
Uynuk-Ool, T., M. Rothdiener, B. Walters, M. Hegemann, J. Palm, T. Seeger, U. Stöckle, J. Stegemann, W.K. Aicher, B. Kurz, M. Hart, G. Klein, and B. Rolauffs
(See online at https://doi.org/10.1002/term.2263)
