Zugkraftmikroskopie an Osteoblasten

Knochenzellen sind in der Lage, mechanische Stimuli als Reiz aufzunehmen und darauf zu reagieren. Dieses zeigt sich in Umbauvorgängen der Knochenstruktur bei der mechanischen Belastung. Wie es allerdings vom dehnungsreiz bis zur zellulären Antwort von Osteoblasten kommt, ist noch Gegenstand aktueller Forschung. Diese sogenannte Mechanotransduktionskaskade ist ein wichtiger Ausgangspunktfür die Erforschung der Pathophysiologie der Osteoporose. Ziel dieser Arbeit war es, als Beitrag zur Aufklärung der Mechanotransduktionskaskade, auf zellulärer und subzellulärer Ebene die Interaktionskräfte von Osteoblasten mit ihrer Umgebung zu messen und Kraftverteilungsmuster zu beschreiben. Zudem sollte der Einfluss von einem elektrischen Feld auf die Kraftverteilungsmuster von Osteoblasten untersucht werden, um das Phänomen zu untersuchen, dass Osteoblasten sich in Zellkultur aktiv rechtwinklig zu den elektrischen Feldlinien ausrichten, wohingegen sich z.B. Neuronen parallel dazu ausrichten. Die Technik der Zugkraftmikroskopie wurde im Rahmen dieser Arbeit an die Gegebenheiten des hiesigen Labors und die zu beantwortenden Fragen angepasst. Es wurden Zellen auf flexiblen Polyacrylamidsubstraten kultiviert, so dass die zu messenden Interaktionskräfte zu detektierbaren Deformationen der Substrate führten. Durch das Analysieren der zellverursachten Substratdeformationen ließen sich die Ebenenprojektionen der verursachenden zellulären Kräfte sowohl zeitlich als auch quantitativ bestimmen. Die Deformationen wurden durch das Vergleichen eines Substratbildes zum jeweiligen Messzeitpunkt mit einem undeformierten Referenzbild ohne Zelle gemessen. Daraus konnte eine Matrix der Deformationsvektoren erstellt werden. Aus dieser wurden die Kraftvektoren berechnet. Bei der Bestimmung der gesamten auf das Substrat Kraft konnte ein signifikanter Unterschied zwischen primären bovinen Osteoblasten und Osteosarkomzellen festgestellt werden. Als Mittelwert der Gesamtkraft pro Zelle wurden für osteoblasten 660 nN und für MG63 Zellen nur 47 nN bestimmt