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Kartierung der Zellmigration mithilfe von Topografie der Natur

Zellen bewegen sich dorthin, wo sie für die Wundheilung gebraucht werden, und im Falle von Krebs migrieren sie auch an Orte, an denen sie nicht erwünscht sind. Im Zuge von EU-Forschung wurde die Reise untersucht, die Zellen zurücklegen, um herauszufinden, welche Faktoren den Prozess beeinflussen.

Gesundheit

Die Forscher des Projekts MATRIXASSAY versuchten, das erhebliche Fachwissen ihrer Partner zu kombinieren und die technologischen Innovationen von industriellen Mitwirkenden auszuschöpfen, um ein Instrument für die Abschätzung der Zellmigration an Oberflächen zu entwickeln.

Weit mehr als an der Oberfläche zu kratzen

Eine Region von Zellen wegzukratzen ist eine Standard-Methode für die Untersuchung der Wundheilung, um zu ermitteln, wie Zellen diese Lücke schließen. Doch bei Verwendung des sogenannten Kratz-Assays können Probleme entstehen, da die zugrundeliegende Oberflächenbeschichtung häufig ebenfalls entfernt wird. „Von besonderer Bedeutung ist, dass die Oberflächen die extrazellulären Matrizen widerspiegeln, auf die Zellen im Körper stoßen“, betont Brian Rodriguez, Professor für Physik am University College Dublin und Projektkoordinator. Das mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm durchgeführte MATRIXASSAY-Projekt hat zur Entwicklung einer neuen Methode zur Verfolgung der Zellenmigration geführt. Ein selbstassemblierter Cluster von Zellen, ein Spheroid oder ein Organoid, wird direkt im Zentrum jeder Gewebekulturenplatte mit 96 Mulden platziert. „Zur Nachahmung unterschiedlicher natürlich vorkommender extrazellulärer Matrizen innerhalb unseres Körpers wurden die Platten mit Filmen von Kollagenfasern mit einem kontrollierten Durchmesser beschichtet“, erklärt Rodriguez. Zu weiteren Vorteilen von MATRIXASSAY zählt, dass das Projekt vollständig mit High-Content-Imaging-Ansätzen kompatibel ist und zur Untersuchung des Einflusses topographischer Merkmale und mechanischer Eigenschaften genutzt werden könnte. Selbst die Wirkung von Arzneimitteln auf die Migrationsfähigkeit der Zellen könnte getestet werden. Das Platzieren des reproduzierbaren Spheroiden in der Mitte einer Mulde kann Zeit und Daten sparen, da es nicht erforderlich ist, mehrere Bilder zu machen.

Fortschritte der zukünftigen Forschung in den Fußstapfen der Natur

Rodriguez erklärt die Pläne für die Forschungsrichtung: „Da wir jetzt den Prototypen eingerichtet haben, hoffen wir, diesen zur Erforschung des mechanischen und topografischen Einflusses auf die Zellmigration für unterschiedliche Zelllinien und unter unterschiedlichen Bedingungen verwenden zu können.“ Die Ergebnisse des Projekts und vorhergehend veröffentlichte Arbeiten legen nahe, dass je nach Topografie des Collagens, manche Zellen präferenziell mit der Richtung der Ausrichtung oder entgegengesetzt der Ausrichtung migrieren. Die gewellte Sehnenstruktur beispielsweise führt zu Festigkeit und stoßdämpfenden Eigenschaften.

Mit Vielfalt gehen inhärente Herausforderungen einher

„Vermutlich begegnet man bei jedem großen internationalen und intersektoralen Projekt trotz Maßnahmen zur Risikominimierung Herausforderungen – wir hatten sicherlich größere Schwierigkeiten beim Erhalt unserer Visen für die Vereinigten Staaten nach der Wahl 2016!“, betont Rodriguez. Die Probleme reichten von technischen Herausforderungen bis zum unvorhergesehen Ausstieg eines Konsortiumpartners. Er verdeutlicht, dass Forscher die Zeit und Ressourcen, die für die Verwirklichung eines ambitionierten Arbeitsplans erforderlich sind, tendenziell unterschätzen. Es ist eine Balance zwischen diesen oftmals entgegengesetzten Anforderungen erforderlich, ein gesundes Ungleichgewicht hilft jedoch dabei, die Maßnahmen in den Fokus zu stellen und Innovationen voranzutreiben.

Kommerzielle Kompatibilität und mehrere Anwendungen für die Produktion biomedizinischer Teile

„In vielerlei Hinsicht beginnt die Arbeit gerade erst, und wir hoffen darauf, unsere Arbeit zu verfeinern und zu veröffentlichen.“ Das MATRIXASSAY-Design steht auf einer festen Plattform. Das System ist mit verschiedenen kommerziell erhältlichen Muldenplatten und Muldenplatteneinsätzen kompatibel. Das nicht auf die Platzierung von Spheroiden beschränkte System kann auch zur Lokalisierung von Trägerkügelchen (Zellen in einer Unterstützungsmatrix) an bestimmten Stellen von 3D-Bioprint-Konstrukten für die Herstellung biomedizinischer Teile verwendet werden.

Schlüsselbegriffe

MATRIXASSAY, Kratzer, Zellmigration, extrazelluläre Matrizen, Collagen, Muldenplatte, Assay

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