Hochpräzise Zellverwundung zum Studium der Zellwanderung (OptoMigration)

Die Zellwanderung (Migration) spielt bei vielen Prozessen im menschlichen Körper eine wichtige Rolle, auch im Rahmen verschiedener Krankheiten. Im gesunden Organismus sei als Beispiel die Überwachung nahezu aller Gewebe durch migrierende Immunzellen genannt, während die Wanderung metastasierender Tumorzellen den wohl bedeutsamsten Fall einer krankhaften (pathologischen) Zellwanderung darstellt. Ein Detailverständnis der Zellmigration, der sie regulierenden Mechanismen und mögliche Beeinflussungsstrategien, sind daher für die Forschung von zentraler Bedeutung.

Die Untersuchung der Zellmigration erfolgt überwiegend im Labor an kultivierten Zellmodellen (in vitro) auf Basis sogenannter Wundheilungsassays. Dazu ist es notwendig, eine definierte Wunde (Läsion) in eine Zellschicht einzuführen, in die die Zellen aus der Peripherie dieser Läsion einwandern können. Die Reproduzierbarkeit der eingebrachten Läsion, häufig bestimmend für die Reproduzierbarkeit des gesamten Assays, ist bislang nur unbefriedigend gelöst. Ebenso mangelt es an möglicher Automatisierbarkeit sowie hohem Durchsatz.

Im Fokus dieses Projektes steht deshalb ein Material auf Polymerbasis, mit dem eine gezielte Verwundung der darauf wachsenden Zellenschicht hervorgerufen werden kenn. Auf ein transparentes Trägermaterial soll dazu eine dünne, lichtsensitive Beschichtung aufgebracht werden. Diese soll durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht den im Assay vorhandenen Sauerstoff aus der Luft photochemisch in sog. „Singulett-Sauerstoff“ umwandeln. Dieser wirkt zellschädigend, besitzt aber nur eine Lebensdauer von etwa 20-30 Millisekunden, bevor eine spontane Rückumwandlung in den normalen Sauerstoff erfolgt. Die kurze Lebensdauer ermöglicht nun eine sehr geringe Ausbreitung vom Ort des Entstehens. Das Abtöten der Zellen erfolgt dadurch extrem lokal (bis hin zu Einzelzellauflösung), so dass benachbarte Zellen nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Auf diesem Weg lässt sich durch den Strahlengang von Routinemikroskopen eine exakt definierte Wunde im Zellrasen erzeugen, die die Basis für einen hochgradig automatisierbaren und parallelisierbaren Wundheilungs-Migrations-Assay darstellt. Durch die optische Verwundung bleiben die abgestorbenen Zellen in der Wunde zurück, so dass der komplette Wundheilungsmechanismus und nicht nur die Migration der Zellen zugänglich wird.