Studienabschlussarbeiten am Institut

Kneuer, Lukas;
Etablierung und Charakterisierung eines Kokulturmodells aus primären humanen upcyte®-Hepatozyten und -sinusoidalen Leberendothelzellen. - Ilmenau. - 36 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Das Ziel der Arbeit war es, ein Kokulturmodell aus primären upcyte® Hepatozyten und sinuosidalen Leberendothelzellen (LSECs) zu etablieren und zu charakterisieren. Die Schwierigkeit bestand insbesondere darin, eine Methode zum Mediumwechsel zu finden, die förderlich auf die Vitalität und Funktionalität beider Zellspezies wirkt. Hierzu wurden die Auswirkungen eines separaten, kompletten und eines Halbmediumwechsels auf zweidimensionale und dreidimensionale Mono- und Kokulturen hinsichtlich der Vitalität, Zellzahl und Albuminproduktion der Hepatozyten nach einer Woche erfasst. Zusätzlich wurden dieselben Bedingungen nach Wachstum der LSECs auf unterschiedlichen Matrigelen® getestet. Auf der Grundlage dieser Daten wurden die besten Bedingungen für die Kokultivierung über drei Wochen ausgewählt. Vorversuche mit 7 Tagen Wachstum zeigten, dass die Hepatozyten als auch die LSECs in der Kokultur eine gute Vitalität (˜70%) aufwiesen. Die Proliferation der Hepatozyten in der 3D-Mono und Kokultur war aufgrund der Scaffoldkultivierung vermindert. Jedoch konnte eine deutlich gesteigerte Albuminproduktion in der 3D Mono- und Kokultur gegenüber der 2D Monokultur nachgewiesen werden. Versuche mit Matrigel/Medium Mix als extrazelluläre Matrix für das LSEC-Wachstum konnten eine nochmalige Steigerung der Albuminproduktion in den Kokulturen gegenüber 3D-Monokulturen aufweisen; jedoch war die Vitalität der LSECs ungenügend. Der Halbmediumwechsel stellte sich als die günstigste Bedingung für eine Langzeitkokultivierung heraus, da hier vor allem die Albuminproduktion am höchsten war. Die Vitalität der Hepatozyten war in der Langzeitkultivierung konstant, während die LSECs nur über zwei Wochen stabil waren. Die Kokulturen zeigten eine konstante Albuminproduktion über 21 Tage, die gegenüber der einfachen 2D-Monokultur etwa doppelt so groß war. Bei den LSECs konnten auch nach 2 Wochen Kokultivierung noch Fenestrationen durch Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen werden, was auf den differenzierten Zellzustand schließen lässt. Zusätzlich bildeten die LSECs während der Kokultivierung mit Hepatozyten Kapillaren aus; ein Hinweis auf eine parakrine Interaktion zwischen LSECs und Hepatozyten. Bei in vitro Wirkstofftests spielt es eine wichtige Rolle, mit einem auch in vivo relevanten Lebermodell zu arbeiten. Eine etablierte und charakterisierte 3D Kokultur kann dies besser darstellen als eine Monokultur.

Maruschke, Tillmann;
Evaluierung photometrischer Assays zur Detektion von D-Glukose und L-Laktat : basierend auf Absorptions- bzw. Lumineszenzmessungen von gekoppelt enzymatisch katalysierten Reaktionen hinsichtlich ihrer Eignung als mikroskalierte at-line Qualitätskontrolle des Mediums in der vollautomatisierten Kultivierung von humanen adipösen Stammzellen (hADSC). - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Evaluierung photometrischer Assays zur Detektion der Metaboliten D-Glukose und L-Laktat für eine at-line Qualitätskontrolle in einer vollautomatisierten Zellkultivierungsanlage. Der Evaluierungsprozess umfasst eine Markt- und Literaturrecherche sowie eine daraus konzipierte Bewertungsmatrix der unterschiedlichen, kommerziell verfügbaren Assays. Auf Basis der Bewertungsmatrix wurden drei Assays für die Detektion von Glukose und zwei Assays für die Detektion von Laktat ausgewählt. Die Proben für die Assays wurden aus einer automatisiert kultivierten Zellkultur von hADSCs generiert. Anschließend wurden die Assays auf ihre Präzision, Richtigkeit und Kosten untereinander bewertet. Weiterhin wurde ein Vergleich der Assays zu drei kommerziell verfügbaren stand-alone-Lösungen in Bezug auf Automatisierbarkeit, Kosten und Effizienz durchgeführt. Zusätzlich wurden die Assays in Bezug auf ihre Integrationsfähigkeit in die Prozesskette einer automatisierten Anlage bewertet. Im Rahmen der Evaluation wird in dieser Arbeit ein umfassendes Bild erstellt über verschiedene photometrische Detektionsmethoden von Metaboliten zur at-line Qualitätskontrolle und ihrer Realisierbarkeit im Zuge einer Vollautomatisierung.

Kifack Dongho, Martial Maxwell;
Machbarkeitsstudie zur Erstellung eines genetischen Baukastens zur kombinatorischen Synthese einer bakteriellen Promotorregion. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Ziel der Arbeit zu dem Thema "Machbarkeitsstudie zur Erstellung eines genetischen Baukastens zur kombinatorischen Synthese einer bakteriellen Promotorregion" bestand darin, die prinzipielle Funktion des Konzeptes GEMOCO (Gene module combinatorics) zu untersuchen und die ersten Methoden dafür zu erstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Promotorregion des Plasmid pGFP mit zwei Restriktionsenzymen geschnitten. Das herausgeschnittene Insert-Fragment konnte mit einem via GEMOCO hergestellten Insert erfolgreich ersetzt werden. Weiterhin wurde eine kleine Genbibliotek mittels eines Markov-Models erzeugt. Die Optimierung der GEMOCO Methode beinhaltete die Testung von Einflüssen von Reaktionspuffern, Herstellungsmethoden der DNA Module, Trennverfahren und Konzentrationsverhältnisse der DNA.

Freiberger, Emma;
Anwendung der mit Goldnanopartikeln modifizierten stickstoffdotierten Kohlenstoffnanoröhrenelektroden für die Analyse von Biomolekülen. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde die Anwendung von stickstoffdotierten Kohlenstoffnanoröhrenelektroden (N-MWCNTs) sowie deren Modifikation mit Goldnanopartikeln (N-MWCNTs/AuNPs) zur Analyse von Dopamin einzeln und in Anwesenheit von Ascorbin- und Harnsäuren untersucht. Die Experimente wurden in Schweineblutserum, rein oder mit phosphatgepufferter Salzlösung versetzt, durchgeführt. Mithilfe elektrochemischer Untersuchungsmethoden, wie cyclische Voltammetrie und Square-Wave-Voltammetrie, konnten Erkenntnisse über die Empfindlichkeit beider Elektrodenarten, in einem bisher für diese Anwendung nicht untersuchten Medium, gewonnen werden. Die mit Goldnanopartikeln modifizierten Elektroden zeigten stets höhere Sensitivitäten gegenüber Dopamin, als die nicht modifizierten Analoga.

Lian, Qilin;
Untersuchung zum Einfluss der Materialsteifigkeit und biochemischen Komposition von Scaffolds auf die Differenzierung von o-MSC in 3D-Zellkulturen. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Biomaterialien werden zunehmend im medizinischen Bereich eingesetzt. Die Entwicklung neuer, optimierter Biomaterialien ist daher sehr wichtig. Oberflächeneigenschaften, Steifigkeit und Struktur des Biomaterials spielen eine wichtige Rolle bei der Adhäsion, dem Wachstum, der Proliferation und der Differenzierung der Zellen. Durch Ändern der Oberflächeneigenschaften, z.B. Die Steifigkeit und die Struktur, kann dieser Effekt erhöht oder verringert werden. In dieser Arbeit wurde die Biokompatibilität eines Materials (LCM) in verschiedenen Formen (Rund- und Gerüstbau) und mit unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen durchgeführt. Die Oberflächeneigenschaften wurden durch die Benetzbarkeit und Oberflächenladung sowie die Bestimmung der Steifigkeit durch die Lockerung eines Feststoffs charakterisiert. Die Untersuchung der physikochemischen Einflüsse von Biomaterialien auf das Zellverhalten wurde durch mehrere Verfahren durchgeführt, z.B. Zellzahlbestimmung, Mikroskopie (CLSM) und qualitative Kollagen- und Kalziumbestimmung. Diese Methoden wurden verwendet, um das Wachstum, die Adhäsion und die Differenzierung von Stammzellen (o-MSCs) zu untersuchen. Der Einfluss des Materials zeigte deutlich, dass steifer Material für die Ausbreitung der o-MSC gut war. Die Oberflächenladungen zwischen Material und Kollagen unterscheiden sich kaum, aber der Grund für diesen Effekt ist nicht bekannt. Es wurde durch die Zellzahlbestimmung gezeigt, dass eine Kollagenbeschichtung die beste Oberflächenmodifikation des LCM3-Materials war. Die Kollagenbeschichtung hatte den Einfluss des Materials kompensiert und die Wachstumsrate der o-MSC erhöht. Es konnte auch gezeigt werden, dass die 3D-Struktur des Materials einen ähnlichen Einfluss auf das Zellverhalten hatte. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass Gerüste und Kollagen in vitro für o-MSC gut geeignet sind. Diese Schlussfolgerung könnte auch durch die visualisierten Bilder (CLSM) bestätigt werden. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur Zelldifferenzierung durchgeführt. Der Einfluss von Beschichtung und Steifigkeit auf die Genexpression von Zellen variierte in den verschiedenen Strukturen. In der 2D-Struktur beeinflusste die Kollagenbeschichtung die Zelldifferenzierung nicht und das weiche Material verlangsamte die Zelldifferenzierung. Bei der Kultivierung in der 3D-Struktur unterstützten sowohl die Kollagenbeschichtung als auch das weiche Material die Differenzierung. Die Zelldifferenzierung in Kombination mit der Zellproliferation zeigte, dass 3D-Gerüste sowie eine Kollagenbeschichtung optimale Bedingungen für das Zellverhalten zeigten. Für eine statistische Sicherung der in den Genexpressionsstudien gefundenen Trends sind weitere Untersuchungen mit wesentlich höheren Probenzahlen erforderlich. Eine weitere wünschenswerte Studie ist die quantitative Analyse der Kalzium- und Kollagenproduktion. Die Methoden, die in dieser Arbeit verwendet wurden, waren nur für eine qualitative Bewertung geeignet, für die quantitative Analyse waren die Mengen an mineralisiertem Calcium und Kollagen zu niedrig. Die dynamische Kultivierung, die ähnliche Bedingungen wie in der biomimetischen Umgebung von Zellen hat, könnte in der künftigen Arbeit durchgeführt werden. Da die 3D-Struktur analog zu natürlichem Gewebe ist, haben Designer-Gerüste ein hohes Potenzial für die Etablierung im Tissue Engineering, z.B. Um ein beschädigtes Gewebe- oder Gewebedefekt ohne Spenderorgane zu ersetzen oder zu regenerieren. In dieser Arbeit wurden knochenzellfreundliche Materialien (LCM) verwendet. Sie eignen sich hervorragend für Knochengewebetechnik. Gerüste sind auch kostspielig und zeitaufwändig wegen ihres schwierigen Herstellungsprozesses. Die 2D-Struktur hat daher auch ihre Vorteile. Die Messung der Wechselwirkung zwischen Zellen und Materialien ist sinnvoll in der 2D-Struktur zu bestimmen, da der Zellkontakt mit Materialien sehr groß ist. Wenn die Materialien Drogen enthalten, könnte das Medikament die Zielzellen effektiv beeinflussen. LCM-Gerüste können speziell für die entsprechenden Anwendungen und Bedingungen im Tissue Engineering mit der 2PP-Technologie und der präsentierten LCM-Plattform entwickelt werden. TPMS sorgen für ein hohes Flächen-zu-Volumen-Verhältnis und keine Totvolumina. Im Vergleich zu anderen Anwendungen ist das LCM3-Gerüst ideal für die Zellproliferation. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die These, dass LCMs für den Einsatz im Tissue Engineering sehr geeignet sind, bestätigt werden kann. Gerüste können im Körper (in vivo Tissue Engineering) sowie im Labor (in vitro Tissue Engineering) aufgrund ihrer 3D-Struktur erfolgreich eingesetzt werden.