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Zellen ankleben

Mikroelektochemische Methode zur punktgenauen Ansiedlung lebender Zellen auf einem Träger

25.07.2006

Im Labor gezüchtete Gewebe, Diagnose-Chips, Bio-Sensoren - es gibt eine ganze Fülle von Anwendungen, bei denen Zellen auf einem festen Träger haften und anwachsen müssen. Geeignete Oberflächen gibt es, bisher hapert es aber an einfachen Methoden, um die Zellen an genau definierten Stellen der Unterlage zum Anwachsen zu bewegen, etwa in Form bestimmter Muster. Verschiedene Zelltypen zu einer präzisen Anordnung zusammenzubringen gelang bisher nicht. Chuan Zhao, Irene Witte und Gunther Wittstock von der Universität Oldenburg haben nun eine einfache mikroelektrochemische Methode entwickelt, mit der Zellen punktgenau auf einem Träger "angeklebt" werden können. Anschließend kann eine weitere Zellart auf die selbe Weise an andere Stellen geklebt werden.

Der Träger oder Chip erhält zunächst eine durchgehende, hauchdünne Beschichtung mit einem Material, das Ethylenglycol-Einheiten als freie Endgruppen trägt. Auf einer solchen Oberfläche haften Zellen so gut wie gar nicht. Das Oldenburger Forscherteam hatte die Entdeckung gemacht, dass eine simple Behandlung mit einem oxidierenden Stoff, etwa Brom, eine solche Antihaft-Oberfläche in einen Träger verwandelt, der Zellen einlädt, sich darauf niederzulassen. Dieser Effekt sollte sich auch auf kleine, begrenzte Bereiche beschränken lassen, wenn gezielt nur diese mit dem Brom in Berührung kämen, so der Plan. Verwirklichen lässt sich dies mit Hilfe einer Mikroelektrode und einer Lösung, die Bromidionen enthält. Die Elektrode wird ganz nah über ausgewählten Punkten des Trägers positioniert und ein kurzer Spannungspuls angelegt. An der Mikroelektrode werden - so lange Spannung anliegt - Bromidionen in elementares Brom umgewandelt. Das Brom wirkt lokal auf den benachbarten Bezirk der Oberfläche ein. Es entsteht aber zu wenig Brom, um großflächig mit der Oberfläche zu reagieren. Wie mit einem Stift lässt sich mit der Mikroelektrode ein Muster auf den Träger "malen". Wird der Träger nun mit einer Proteinlösung behandelt, lagern sich an allen vorbehandelten Stellen Proteine ab. Hierauf siedeln sich dann die Zellen an. Den Forschern gelang es, menschliche Fibroblasten in einem definierten Muster zum kultivieren. Eine zweite Fibroblastenpopulation ließ sich gezielt an weiteren Punkten ansiedeln, indem sie die elektrochemische Behandlung wiederholten.

"Mit unserer Methode sollten sich schrittweise geordnete Co-Kulturen verschiedener Zelltypen gewinnen lassen," spekuliert Wittstock. "Derartige Co-Kulturen sind interessant für die Erforschung von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen eines Gewebes. Sie könnten aber auch die Basis für die Züchtung künstlicher Gewebe sein."

Originalveröffentlichung: G. Wittstock et al.; "Switching On Cell Adhesion with Microelectrodes"; Angewandte Chemie 2006, 118, No. 33.

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