Einfluss ionisierender Strahlung auf die elektrophysiologischen Eigenschaften kardialer Zellen

Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung der Einflüsse ionisierender Strahlung auf die elektrophysiologischen Eigenschaften kardialer Zellen. Untersucht werden sollten sowohl Einflüsse von dünn-ionisierender Röntgenstrahlung als auch dicht-ionisierender Schwerionen-Strahlung. Hierzu sollten zum einen die für die Strahlentherapie wichtigen Kohlenstoff-Ionen in einem spread-out Bragg Peak als auch schwerere Ionen mit höheren Energien eingesetzt werden, welche in der kosmischen Strahlung vorkommen und somit für die Weltraumforschung und insbesondere für die bemannte Raumfahrt von Interesse sind. Für diese Untersuchungen sollten zwei kardiale Zellsysteme verwendet werden, zum einen primäre Zellen, isoliert aus den Herzen von Hühnerembryonen der Art Gallus gallus, und zum anderen humane aus induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) differenzierte Kardiomyozyten. Während elektrophysiologische Assays schon häufig in der Pharmakologie eingesetzt werden, sind solche Anwendungen in der Strahlenbiologie fast gar nicht vertreten. So ist es nicht verwunderlich, dass nur wenig über potentielle direkte Strahleneffekte auf die Elektrophysiologie kardialer Myozyten bekannt ist. Die am häufigsten verwendeten Methoden wie das Langendorff-Herz oder der Patch-Clamp-Assay bieten entweder Einblicke in das ganze Organ oder auf Ebene der einzelnen Zelle. Die MEA-Technologie ermöglicht stattdessen als nicht-invasive Methode die in vitro-Untersuchung eines funktionellen, kardialen Synzytiums über einen längeren Zeitraum und sollte daher für diese Arbeit eingesetzt werden, um sowohl Rate und Form der gemessenen Feldaktionspotentiale nach Bestrahlung zu untersuchen, als auch eventuelle Veränderungen der Signalweiterleitung zu analysieren. Zusätzlich zum Einfluss der Bestrahlung auf die Elektrophysiologie der Kulturen sollte weiterhin auch der kombinierte Effekt von kardio-aktiven Medikamenten und ionisierender Strahlung auf die Kardiomyozytennetzwerke untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollten in das übergeordnete Verbundprojekt mit einfließen, in dem begleitend als weitere Endpunkte die Induktion von DNA-Schäden und deren Reparatur untersucht wurden, außerdem die Zellzykluspropagation, die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) und die Induktion von Apoptosen als strahlenbiologische Endpunkte. Gemeinsam mit dieser Arbeit sollte das Projekt so die Risikoabschätzung bezüglich der Strahlenwirkung auf das kardiovaskulare System in Hinblick auf die bemannte Raumfahrt sowie die Strahlentumortherapie unterstützen