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Zusätzlich zu chemischen Faktoren, spielt auch der Einfluss mechanischer Reize auf Zellfunktionen eine wichtige Rolle, u.a. für Wachstum, Migration, Differenzierung oder auch die Immunantwort. Im Gegensatz zu den chemischen Faktoren, sind die mechanischen Effekte noch weitgehend unerforscht. Ziel dieser Masterarbeit war die Entwicklung von 2 einfachen, selbst-gebauten Zellstreckern, einem uniaxialen und einem radialen, bei denen die zu streckenden Zellen auf einer weichen Elastomermembran wachsen. In beiden Zellstreckern wurde Polydimethylsiloxan (PDMS) als Substrat verwendet. Um das Zellwachstum auf dem ansonsten hydrophoben PDMS zu promoten, wurden Behandlungen desselben mit Sauerstoff Plasma sowie funktionellen Beschichtungen untersucht und charakterisiert. Der (lineare) uniaxiale Zellstrecker ist ein Hybridsystem bei dem die Elastomermembran (komplett mit Zellwall) zwischen 2 mechanisch verfahrbaren Klemmen eingespannt ist und eine Verstreckung auf 30% erlaubt. Der radiale Zellstrecker besteht vollständig aus PDMS und wird mittels Teil-Vakuum aktuiert. Im Gegensatz zum mechanischen Linearstrecker, erlaubt der pneumatische Radialstrecker sehr schnelle Aktuation und viele verschiedene Frequenzmuster. Unter anderem wurde bei einer Aktuationsdauer von 4s, entspricht einer Frequenz von 0,125 Hz, eine Verstreckung von 18% erreicht, welche das Maximum für das derzeitige Design des Streckers ist. Mit einer Frequenz von 1 Hz wurde eine Verstreckung von 10% erreicht. Mit beiden Zellstreckern wurden Wachstumstudien von HEK293T Zellen auf den Elastomersubstraten durchgeführt, die zeigen dass HEK293T Zellen sehr gut an PDMS adherieren wenn die Oberfläche zuvor mit Sauerstoffplasma aktiviert und anschließend mit Poly-L-Lysin beschichtet wurde. Erste Verstreckungsexperimente mit HEK293T Zellen, die mit dem mechanosensitiven Kanal Piezo1 und dem Ca2+ Indikator R-Geco transfiziert sind zeigen, dass beide Zellstrecker großes Potential haben, die mechanischen Einflüsse in Zellen zu untersuchen. In addition to the chemical factors, mechanical deformations also act as driving force for some of the cells functions such as growth, migration, differentiation or immune response. While the accompanying chemical factors have been a focus of research, the effects of the mechanical forces are still underexploited terrain. This Master thesis presents the development of two custom-built cell stretching devices, an uniaxial and a radial stretcher, based on deformation of the soft elastomeric cell substrate. For both cell stretchers the elastomer membranes made from polydimethylsiloxane (PDMS) were investigated and characterized along with their treatment by means of oxygen plasma-exposure and functional coatings to promote cell growth. The uniaxial stretcher is a hybrid two part system with the elastomer membrane substrate (complete with a cell well) clamped between two jaws moving apart that allows stretching up to 30%. The radial stretching device is an all-elastomer device and actuated using a partial vacuum. In contrast to the mechanical uniaxial stretching, the pneumatic all-elastomer stretcher allows for fast actuation and testing different frequency patterns. For an actuation duration of 4s, matching a frequency of 0.125 Hz, 18% strain was achieved which is the maximum for this devices design while an activation duration of 0.5s (1 Hz) resulted in 10% strain. With both cell stretching devices the adhesion of HEK293T cells onto the PDMS membranes was evaluated and initial stretching experiments were performed. The cells adhered well and showed no visible detachment after surface activation of the PDMS with oxygen plasma and poly-L-lysine coating. Preliminary experiments with HEK293T cells co-transfected with Piezo1, a mechanosensitive cation selective channel, and R-Geco a calcium indicator were conducted highlighting the potential of both custom-built stretching devices. submitted by Flora Kaser Universität Linz, Masterarbeit, 2020 (VLID)5542708 |
