Regulatorische Mechanismen der extrazellulären Matrix.
Die ECM ist die nicht zelluläre Komponente, die in jedem Gewebe und Organ vorhanden ist und besteht aus Wasser, Proteinen sowie Polysacchariden. Sie ist ein physikalischer Träger für die Zellen und initiiert wichtige biochemische und biomechanische Prozesse, die für die Gewebemorphogenese, -differenzierung und -homöostase erforderlich sind. Jedes Gewebe weist eine ECM mit einer einzigartigen Zusammensetzung und Typologie auf, die sich während der Gewebeentwicklung bildet. Die Forschung zu Interaktionen von Zellen mit ECM wird größtenteils an isolierten gezüchteten Zellen durchgeführt. In den vergangenen Jahren sind Mikrofabrikationsinstrumente angewandt worden, um Zellkultursysteme zu erzeugen, in denen die Mikroumgebung genau gesteuert werden kann. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CELL-MATRIX (Biophysics of the cell-matrix interface) wurden Strukturierungs- und Fabrikationstechniken im Nanomaßstab angewandt, um das Verhältnis zwischen verschiedenen Typen von Signalen bei der Zellregulation zu untersuchen. Forscher versuchten Fasern herzustellen, die auf ähnliche Weise wie natürliche ECM organisiert sind und daraufhin diese mit einem anderen Typ von Signal zu kombinieren, auf das die Zellen ansprechen. Es wurde zunächst eine Elektronenstrahllithographie angewandt, um Fibronektinlinien herzustellen, die auf zellkulturkompatiblen Substraten eine Breite von 100 Nanometern aufwiesen. Unter Verwendung der Bindung als Indikator registrierten die Forscher Zellreaktionen auf diese Linien. In Gewebe sind Moleküle wie Sauerstoff, Glukose und Laktat als Gradienten vorhanden und die Funktion von Zellen hängt von diesen Gradienten ab. Bei der finalen Version wurden diffusive Gradienten als zweite Signalquelle ausgewählt. Zur Herstellung stabiler Gradienten entwickelten die Forscher einen neuen Typ von Zellkulturkammer, in der Gradienten durch eine Einschränkung des diffusiven Zugangs zu dem Medium oberhalb der Zellen erfasst wurden. In diesen Kammern wuchsen die Zellen in Relation zu der Öffnung der Kammer in einer radial abhängigen Weise. Bestimmte Zelltypen wie Fibroplasten richteten sich entlang der Diffusionsachse aus. Die tatsächliche Kombination der beiden Signale muss noch abgeschlossen werden. Die Ergebnisse des Projekts demonstrierten jedoch neue Instrumente zur Untersuchung von Zellen in technisch hergestellten Mikroumgebungen und bei metabolischen Gradienten.
Schlüsselbegriffe
ECM, Mikrofabrikation, Fibronektin, Verteilungsgradient
