Hierarchische Polymernischen für verbesserte Zellanhaftung

In diesem Projekt wollen wir die Interaktion von Zellen mit Oberflächen untersuchen, die schrittweise mit Molekülen unterschiedlicher Funktion verändert werden. Die Kontrolle und das Verständnis der Adhäsion von Zellen auf künstlichen Oberflächen und an anderen Zellen ist nach wie vor ein wichtiges Forschungsthema in der Materialwissenschaft und Biomedizin (Krebsforschung). Die Wechselwirkungen zwischen Zellen und Oberflächen und das Verständnis der Oberfläche als Material sind beispielsweise sehr wichtig, um das Schicksal von Implantaten zu steuern oder um die Empfindlichkeit von Sensoren zu verbessern, indem man die Mikroumgebung kontrolliert, mit der die Zellen konfrontiert werden. Mehrere Faktoren können die Zelladhäsion an jeder Art von Material beeinflussen. Dazu gehören die Oberflächenladung, die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche, die Oberflächenrauhigkeit, spezifische adsorbierte (Glyko-)Proteine, andere Arten von (Bio- )Polymeren, kontrollierte Benetzungseigenschaften (hydrophobe vs.Hydrophile Eigenschaften), usw. In diesem Projekt werden wir funktionelle Oberflächen mit Hilfe von zwei gegensätzlichen Ansätzen herstellen. Der erste geht von unten nach oben (bottom-up), und dazu werden wir Polymerisationstechniken und schichtweise Beschichtung einsetzen, um Polymerbürsten (polymer brushes) zu entwickeln und Polyelektrolyte und spezifische Proteine zu adsorbieren. Auf diese Weise würden weiche dreidimensionale Nischen entstehen, die das Anhaften und die Vermehrung von Zellen fördern. Der zweite Ansatz (top-down) bedient sich des Mikrokontaktdrucks (microcontact- printing), der das Wachstum der Polymerbürsten (durch chemische Polymerisation) in lokalisierten Teilen der ursprünglichen Oberfläche ermöglichen wird. Nachdem die funktionellen Oberflächen hergestellt sind, werden wir die Adhäsion von zwei verschiedenen Zelltypen (menschliche embryonale Nierenzellen und menschliche Nabelvenenendothelzellen) testen. Wir werden das Verhalten der Zellen mit einem Fluoreszenzmikroskop (um die Form der Zellen zu beobachten), mit einem Rasterkraftmikroskop (um die Adhäsionskräfte der Zelle an der Oberfläche direkt zu messen) und mit einer Quarzkristall-Mikrowaage mit Dissipation (um die Interaktion der Zellen mit der Oberfläche und mögliche viskoelastische Eigenschaften als Funktion der Zeit zu überwachen) beobachten und quantifizieren.