Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4019
Zur Analyse der bioelektronischen Kopplungen wurde ein elektrophysiologischer Arbeitsplatz
aufgebaut und mit einem extrazellulären Meßsystem erweitert . Dieser Aufbau bot die
Möglichkeit, gleichzeitig intra- und extrazelluläre Signale von Zellen zu analysieren. Als
Zellsysteme wurden primär kultivierte Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) embryonaler
Ratten und die menschliche embryonale Nierenzelllinie HEK 293 verwendet.
Die Kardiomyozyten bildeten nach etwa 2-4 Tagen in vitro" eine konfluente Zellschicht aus
(Synzytium), die spontane Kontraktionen zeigte. Zur Analyse der Signalweiterleitung
innerhalb eines solchen Zellgeflechts wurden Mikroelektrodenarrays mit 64 Goldmikroelektroden
in Siliziumplanartechnologie gefertigt und die Funktionalität eines bereits
vorhandenen Meßsystems auf 64 Kanäle erweitert.
Zur Untersuchung der extrazellulären Signalableitung einzelner Zellen, wurden Einzelzell-
Experimente an genetisch modifizierten HEK 293-Zellen mit Feldeffekttransistoren
durchgeführt . Die Modifikation der Zellen bestand darin, daß in die Zellen ein Kanalgen stabil
transfiziert wurde, das für K+-selektive Ionenkanäle kodiert. Auf diese Weise konnte der
Einfluß von K+-lonenströmen auf das resultierende extrazelluläre Signal gezielt untersucht
werden. Dabei wurde festgestellt, daß sich der zeitlich unterschiedliche Einstrom der
K+-Ionen in den Kontaktbereich zwischen Zelle und Feldeffekttransistor deutlich auf die
Signaleinkopplung auswirkt.
For the analysis of the bioelectronic interface an electrophysiological setup was constructed
and extended with an extracellular measuring system. This setup offers the possibility to
analyze intra- and extracellular signals from cells at the same time. As cell systems, primarily
cultured cardiac myocytes (heart muscle cells) of embryonic rats and the human embryonic
kidney cell line HEK 293 were used.
After approximately 2-4 days the cardiac myocytes formed "in vitro" a confluent cell layer
(Syncytium), which showed spontaneous contractions . For the analysis of the signal
distribution within such a cellular network, microelectrode arrays with 64 gold microelectrodes
were fabricated using silicon planar technology. An already available measuring
system for the microelectrodes was extended to 64 channels.
To investigate the extracellular coupling of individual cells, single cell experiments were
performed using genetically modified HEK 293-cells and field-effect transistors. The cells
were modified by a stable transfection of a gene, coding for K+-selektive ion channels . In this
way the influence of K+-ionic currents to the resulting extracellular signals has been
specifically investigated . It was found out that the different temporal influx of K+-ions into the
contact area between cell and field-effect transistor clearly affects the extracellular coupling.
Ecken, Holger
Extrazelluläre Signalableitung von Kardiomyozyten und genetisch modifizierten HEK 293-Zellen mit Feldeffekttransistoren und Mikroelektrodenarrays
127 S., 2003
In der vorliegenden Arbeit sollten extrazelluläre Signalableitungen elektrisch aktiver Zellen
mit Mikroelektrodenarrays und Feldeffekttransistoren untersucht werden. Eine erfolgreiche
Anbindung der Zellen auf den Verstärkersystemen, ausreichend empfindliche Meßsysteme
und ein geeigneter experimenteller Meßplatz waren dafür notwendig.
The focus of this work was to investigate the bioelectronic interface between electrically
active cells and microelectrode arrays or field-effect transistors. Therefore a successful
coupling of the cells to the transducer systems, sufficiently sensitive measuring systems and a
suitable experimental setup were necessary.
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