Labor: Punktgenaue Andockstellen für Zellen

17.12.2013
Foto: Fluoreszenzmikroskopaufnahme

Rot und Grün eingefärbt sind die ver-
schiedenen biologisch aktiven Ober-
flächen in der Fluoreszenzmikros-
kopaufnahme der neuartigen „Petrischale“; © KIT/B. Richter

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie haben nun Verfahren vorgestellt, um dreidimensionale Strukturen in Petrischalen gezielt für bestimmte Zelltypen je nach Bedarf attraktiv oder abstoßend zu machen.

Die Petrischale ist im biologischen Labor der Klassiker, aber bietet für viele Zelltypen nicht den idealen Lebensraum. Untersuchungen verlieren dadurch an Aussagekraft, da sich Zellen auf einer flachen Plastikfläche anders verhalten als etwa im verästelten Lungengewebe.

„Wir können nun schnell und präzise die ideale Petrischale für einzelne Zellen bauen“, erläutert Barner-Kowollik. Sein und Martin Bastmeyers Team von Chemikern und Biologen am KIT entwickelten das neue photochemische Verfahren der Oberflächenkodierungen. Es erlaubt präzise Modifikation von dreidimensionalen Mikrogerüsten. „Die maßgeschneiderte Strukturierung von Haftpunkten für Zellen ermöglicht es, das Verhalten einzelner Zellen in einer realitätsnahen Umgebung zu untersuchen“, erklärt Bastmeyer.

Dabei ähnelt die „Petrischale“ mittlerweile einem Miniatur-Seilgarten von maximal einem fünfzigstel Millimeter Größe. Zellen lassen sich dort isoliert zwischen den Traversen aufhängen und ohne störende Einflüsse beobachten. Durch die passende Beschichtung von Traversen und Masten werden die Zellen am gewünschten Platz gehalten und gegebenfalls Wachstumsimpulse gesetzt. „Wir können so beispielweise die Bewegung und Kraft einzelner Zellen untersuchen“, so Bastmeyer.

Zur Konstruktion und Beschichtung der Petrischale mit nanometergenauer Auflösung nutzen die Zell-Forscher und Polymerchemiker ein direktes Laser-Schreibverfahren aus der Nanooptik, das am KIT in der Arbeitsgruppe von Martin Wegener entwickelt wurde. Das dreidimensionale Gerüst entsteht an den Stellen, an denen sich zwei Laserstrahlen in einem Photolack kreuzen und damit den Lack aushärten. Für die Beschichtung des Gerüstes werden von dem Team um Barner-Kowollik und Martin Bastmeyer verschieden bioaktive Moleküle genutzt, die um eine photoaktive Gruppe ergänzt wurden: Nur an die Stellen der Petrischale, die der Laserstrahl beleuchtet, wird die Kopplung aktiviert und die bioaktiven Moleküle binden sich chemisch fest an die Oberfläche. Die physikochemischen Oberflächeneigenschaften und damit Parameter wie Flexibilität oder die dreidimensionale Anordnung von Zellhaftpunkten können durch die modernen photochemischen Verfahren nach Wunsch und mit einer hohen örtlichen Auflösung verändert werden.

MEDICA.de; Quelle: Karlsruhe Institute of Technology