Aufnahme in Zellen durch Mikrowellenfeld induzierte Störung der Plasmamembran
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verfügbarkeit leistungsfähiger Techniken, die eine nicht-invasive Einbringung einer Vielzahl von Verbindungen zur künstlichen Beeinflussung von Zellfunktionen ermöglichen, ist für die Grundlagenforschung und potenzielle therapeutische Anwendungen von wesentlicher Bedeutung. Die Zellmembran stellt die größte Barriere für den Transport von Molekülen in lebende Zellen dar. Daher besteht ein großes Interesse an wirksamen Zelltransfektionsmethoden. Wichtig ist, dass physikalische Transfektionsmethoden den Transport von Molekülen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung ermöglichen und daher sehr flexibel sind. Die Entwicklung neuer physikalischer Technologien zur vorübergehenden Unterbrechung dieser Barriere und zur Ermöglichung des Transports und des Einbaus synthetischer Verbindungen in die molekulare Maschinerie von Zellen erfordert einen interdisziplinären Ansatz mit Fachwissen in den Bereichen Technik und Biologie. Das kürzlich entdeckte mikrowellenbasierte Transfektionsverfahren bietet die Aussicht, die Probleme etablierter physikalischer Transfektionstechniken nach dem Stand der Technik zu überwinden. Ausgehend von unseren Proof-of-Concept-Ergebnissen, bei denen wir einen Prototyp für mikrowellengestützte Transfektion gebaut und getestet haben, der die Aufnahme von fluoreszenzmarkierten Peptiden in lebende Zellen ermöglichte, haben wir zunächst den Einfluss der elektromagnetischen Strahlung im Mikrowellenbereich (GHz) unterschiedlicher Intensität und Frequenz sowie den Temperatureinfluss auf die Plasmamembran der Zellen, und damit auf die Transfektionsrate, untersucht und die zuvor erzielten Ergebnisse auf die Aufnahme einer Vielzahl von Molekülen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und eines großen Größenbereichs in lebende Zellen erweitert. Außerdem testeten wir die Auswirkungen der neu entwickelten Technik auf die Zellphysiologie und nutzten sie zur Untersuchung der Zellphysiologie in Echtzeit in lebenden Zellen. Zudem wurde das Absetzen und Festwachsen der Zellen sowie die dielektrischen Unterscheide zwischen transfizierten und nicht-transfizierten Zellen gemessen. Insgesamt ermöglicht der Einsatz von Mikrowellenstrahlung im GHz-Bereich, insbesondere bei einer Frequenz von 18 GHz, die Aufnahme verschiedenster Substanzen direkt in Säugetierzellen, die als adhärente Kulturen wachsen, mit geringen physiologischen Auswirkungen und die Wahl der Frequenz spielt dabei eine elementare Rolle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Broadband Microwave Electroporation Device for the Analysis of the Influence of Frequency, Temperature and Electrical Field Strength. 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC), 1565-1568. IEEE.
Paravicini, Markus; Milden, Manuela; Frank, Laura M. Pimentel Paes; Schussler, Martin; Cardoso, M. Cristina; Jakoby, Rolf & Hessinger, Carolin
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Sensing of Muscular Mouse Cells C2C12 from Seed Out to Electroporation - A Conceptional Study. 2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS 2022, 802-805. IEEE.
Paravicini, Markus; Milden, Manuela; Birnstengel, Daniel; SchuBler, Martin; Jakoby, Rolf; Cardoso, M. Cristina & Hessinger, Carolin
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Uptake of substances into living mammalian cells by microwave induced perturbation of the plasma membrane. Scientific Reports, 14(1).
Milden-Appel, Manuela; Paravicini, Markus; Milden, Jannick P.; Schüßler, Martin; Jakoby, Rolf & Cardoso, M. Cristina
