Studien in der Zellbiologie
Mit Bioreaktoren und Experimenten in der Petrischale werden die Prozesse in den Zellen erforscht.
Das CWW baut die Systeme und Behälter, um ihre Beobachtungsstudien zu ermöglichen.
Auf die Besonderheiten eines jeden Experimentes wird gesondert eingegangen, bis die individuelle Ansprüche erfüllt werden.
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Beispielprojekte Zellbiologie
Vitamin E und Prostaglandin-Synthese
Messbarer Einfluss von Tokopherol auf die Prostaglandinsynthese
Einfluss von Vitamin E (alpha Tokopherol) auf die Prostaglandinsynthese des humanen Amnionepithels
K. Dannenberg
In Zusammenarbeit mit Dr. J. Beninde
(Klinik für Pädiatrie mit Schw. Neurologie, CVK)
Es soll untersucht werden, ob ein messbarer Einfluss von Tokopherol auf die Prostaglandinsynthese des humanen Amnionepithels besteht.
Hierfür soll ein System etabliert werden, in dem natives humanes Amnionepithel untersucht werden kann.
Diese Methode lässt eine Beurteilung der Physiologie der einzelnen Zelltypen auf beiden Seiten (Abb.1) der Membran, bzw. des Amnionepithels, zu.
Zu diesem Zweck wurde eine doppelseitig perfundierbare Messkammer konstruiert und gebaut, in die das Amnionepithel eingespannt werden kann.
Die gebaute Messkammer ermöglicht es, die epitheliale und die mesenchymale Seite des Epithels getrennt zu untersuchen.
Hautsprühsystem
Herstellung eines Hauttransplantates: Durch Aufsprühen von gezüchteten Hautzellen sollen grossflächige Hautdefekte geheilt werden.
K. Dannenberg, H. Baer, B. Conrad
In Zusammenarbeit mit Dr. C. Johnen, T. Witascheck
(Exp. Chirurgie, BMFZ, CVK, Hybrid Organ GmbH)
Das Zentrum für Schwerbrandverletzte mit plastischer Chirurgie betreut eine vom Land Berlin geförderte Studie zur Kulturhautzüchtung. In enger Kooperation mit der Firma Hybrid Organ GmbH sowie der Arbeitsgemeinschaft für Experimentelle Chirurgie der Charitè (Campus Virchow-Klinikum) kann das klinische Know-how des Zentrums für Schwerbrandverletzte mit plastischer Chirurgie optimal mit den Forschungseinrichtungen sowie einer modernen Biotechnologieproduktionsstätte verknüpft werden.
Ziel der Forschungen sind mehrschichtige Hauttransplantate, die den optimalen Hautersatz ein Stück näher bringen sollen.
Bei der Entwicklung eines Sprühgerätes für Zellen muss berücksichtigt werden, dass der Sprühvorgang grundsätzlich eine physikalische Belastung für die Zellen darstellt. Das heißt, es müssen sowohl eine verträgliche technische Lösung, wie auch die für einen Sprühvorgang adäquaten Parameter wie Luftstrom, Druck, Mediumfluss und Temperatur gefunden werden, die einerseits ein gleichmäßig flächiges Sprühergebnis ermöglichen und andererseits die Zellen weitestgehend unbeschadet lassen. Insofern war und ist die Optimierung des Sprühkopfes einer der wesentlichen Faktoren im Rahmen der Entwicklung.
Um ein Sprühen zu gewährleisten, musste eine Düse konstruiert werden, die eine turbulente Strömung erzeugt. In der Düse werden Luftstrom und Mediumfluss gemischt. Der Mediumfluss beschreibt die in die Düse pro Zeit abgegebene Flüssigkeitsmenge, welche die Hautzellen enthält. Der Luftstrom beschreibt die Luftmenge pro Zeit, die in der Düse verdichtet wird. Hieraus entsteht der zur Sprühapplikation verwendete und am Austrittspunkt der Düse messbare Sprühdruck.
Für das in diesem Forschungsvorhaben entwickelte Sprühgerät wurden zahlreiche mechanische Bauteile mit Hilfe unserer CNC-Fräsmaschine hergestellt.
Zeitraffervideografie
"Zellkultivierungssystem für die Zeitraffer-Videografie": Zellkultivierungssystem für neuronale Zellkulturen
R. Paulat, B. Conrad, B. Höppe
In Zusammenarbeit mit Dr. J. Bösel
(Klinik für Neurologie, Exp. Neurologie, CCM)
Die Aufgabe des Centrum Wissenschaftliche Werkstätten (CWW) bestand darin, ein Zellkultivierungssystem für die Zeitraffervideografie zu entwickeln, das auf eine Temperatur von 37°C erwärmt werden kann.
Eine Schwierigkeit bestand darin, die Bildung von Kondenswasser, das eine nicht tolerierbare Lichtstreuung verursachte, an der oberen Kammerabdeckung zu verhindern. Dazu wurde ein Acrylglasfenster mit einem Heizdraht versehen.
Um die Lichtstreuung so gering wie möglich zu halten, musste ein Heizdraht mit einem Durchmesser von nur 0,05 mm verwendet werden. Dieser geringe Drahtdurchmesser entspricht der Dicke eines menschlichen Haares. Die Kontaktierung, sowie die Handhabung und die erforderliche Zugentlastung des Heizdrahtes gestaltete sich deshalb besonders schwierig.
Mit diesem System soll es möglich sein, Nervenzellen in Kultur für Tage außerhalb des Inkubators unter einem Mikroskop zu halten, um über eine Zeitraffer-Kamera sekundäre Vorgänge, z.B. das Aussprossen von Nervenzellfortsätzen, zu untersuchen.
Mechanische Stimulation von Zellen und Knochenpräparaten auf einem Dentinchip
Mechanischer Testaufbau für Zellen und Knochenkulturen
"Mechanische Stimulation von Zellen und Knochenpräparaten in vitro"
F. Ott
in Zusammenarbeit mit Dr. B. Wildemann, A. Kadow-Romacker, Dipl.-Ing. J.-E. Hoffmann
(Julius Wolff Institut, CVK)
Zur mechanischen Stimulation von Zellen, sowie von murinen embryonalen Knochenpräparaten in vitro wurde ein Testaufbau entwickelt und angefertigt, der in zwei verschiedenen Versuchsansätzen Anwendung findet.
Der Versuchsaufbau basiert auf dem Prinzip der Dreipunktbiegung und ermöglicht eine definierte mechanische Stimulation von Zellen oder Geweben.
1. Anwendung: Die Zellen werden direkt auf dem Dentinchip kultiviert und erfahren über die Biegung des Chips einen mechanischen Reiz.
2. Anwendung: Die etwa 1,5 mm langen Präparate der Mittelfußknochen von Mausembryonen werden auf einem 100 µm dicken flexiblen Filter kultiviert, der auf dem Dentinchip liegt und mit dem Chip zusammen gebogen wird.
Die Versuchsdurchführung beider Versuche erfolgt in Zellkulturschalen unter Zellkulturbedingungen.
pH-Regelung in einem Bioreaktor
"Damit die Zellen nicht sauer werden": Regelung des pH-Wertes in einem Bioreaktor für embryonale Stammzellen
in Zusammenarbeit mit M. Decker, AG Exp. Chirugie, CVK, CharitéCentrum 8, (Direktor: Prof. Dr. P. Neuhaus)
Für die Zellen in einem Bioreaktor soll eine Umgebung geschaffen werden, die eine organtypische Ausübung der Zellfunktionen erlaubt. Hierzu werden die Zellen mit einem speziellen Zellkulturmedium versorgt.
Es werden Substanzen, die von den Zellen benötigt werden, z.B.
- Zucker,
- Aminosäuren,
- Vitamine
hinzu gegeben. Gleichzeitig sollen die überwiegend sauren Stoffwechselprodukte der Zellen soweit wie möglich neutralisiert werden, um einen physiologischen pH-Wert im Zellkompartiment aufrecht zu erhalten. Für die Neutralisation werden Puffer eingesetzt. Diese haben die Aufgabe einen definierten pH-Wert über längere Zeit konstant zu halten, auch wenn Säuren oder Basen von den Zellen gebildet werden.
Zur Regelung dieses pH-Wertes in einem perfundierten Bioreaktorsystem wurde ein spezielles Gerät entwickelt. Dieses Gerät enthält ein Messgerät für die Messung des pH-Wertes, Ventile die als Stellglied eingesetzt werden und ein Gasgemisch erzeugen sowie einen Mikrocontroller der hier als Regler genutzt wird. Außerdem wurde ein Programm zur Protokollierung der während der Regelung anfallenden Messdaten realisiert.
Der pH-Wert im Zellkulturmedium wird berührungslos vom Sensor erfasst und zum Regler übertragen. Der implementierte PI-Regelalgorithmus berechnet daraus die Stellgröße und sendet diese an die Ventile, welche ein konstantes Gemisch erzeugen, das die Kapillaren des Bioreaktors durchströmt. Weiterhin wurde das Stör- und Führungsverhalten der Regelung untersucht.
Einen Überblick über den pH-Wert und die gesamten Gasdurch-flüsse während der Regelung gibt das erstellte Programm zur Protokollierung in Form von Graphen und einem LC-Display, welches vom Regler angesteuert wird.
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