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Ziel der Diplomarbeit ist es, Grundlagenuntersuchungen im Bereich der Volumenstrommessung für das Einsatzgebiet der Spiroergometrie durchzuführen. Dazu werden zunächst die wesentlichen Anforderungen an solche Sensoren gekennzeichnet und anschließend in einer Marktrecherche passende Sensoren zur weiteren Erprobung zusammengetragen. Die Arbeit unterteilt sich im Wesentlichen in zwei große Teile: Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen und Möglichkeiten zur Messung des Volumenstroms von gasförmigen, strömenden Medien. Im zweiten Teil werden die in der Marktrecherche zusammengetragenen Sensoren in einem Laboraufbau getestet und schließlich die Tauglichkeit der Sensoren für spiroergometrische Untersuchungen am Probanden geprüft und nachgewiesen. Für den am geeignetsten Sensor wird abschließend ein Konzept für eine mögliche Adaptereinheit erstellt, um den Sensor an den Geräten der Firma CORTEX Biophysik GmbH zu betreiben.
Erzeugung eines 3D-Lungengewebemodells mithilfe einer Luft-Flüssigkeits-Grenzflächen-Zellkultur
(2023)
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Etablierung und Entwicklung eines dreidimensionalen Lungengewebemodells auf Grundlage einer Luft-Flüssigkeits-Grenzflächen- Zellkultur. Das In-vitro-Modell sollte die Grenzfläche zwischen dem luftgefüllten Raum der Lungenbläschen und dem Blut innerhalb der Kapillaren rekonstruieren. Für die Nachbildung des Lungenepithels kamen die Lungenkarzinomzelllinie A549 und die humanen primären Bronchialepithelzellen HBEpC zum Einsatz. Das Endothelgewebe wurde mit der somatischen Hybridzelllinie EA.hy926 und den Primärzellen HUVEC rekonstruiert. Die Eignung des entwickelten Modells wurde anhand der Ausbildung einer epithelialen Barrierefunktion sowie der Reaktion auf die Zugabe des Transforming Growth Factors 1 (TGF-β1) bewertet. Während der Etablierung wurde der Einfluss der Kokultivierung auf die epitheliale Barriere untersucht. Des Weiteren wurden verschiedene, kommerziell verfügbare Medien für die Air-Liquid-Interface-Kultur (ALI-Kultur) getestet. Als Anhaftungssubstrat für die Zellen wurden verschiedene Präparationen des extrazellulären Matrix-Proteins Kollagen eingesetzt. Die Kultivierung von Zellen an der Luft-Flüssigkeitsgrenze führte zur Expression spezieller Markergene, die mithilfe von Immunfluoreszenz und einer quantitativen Real-Time PCR quantifiziert wurden. Die Atembewegung ist für die Differenzierung ebenfalls essentiell und somit wichtiger Bestandteil zukünftiger und aussagekräftiger Lungen-in-vitro-Modelle. Diese mechanische Stimulation konnte unter Zuhilfenahme des vom Fraunhofer Institutes (IWS) entwickelten MPSstimulus realisiert werden, sodass es möglich war erste Untersuchungen zur zyklischen, physiologischen und mechanischen Dehnung von Lungenzellen durchzuführen.
Viele Regulationsprozesse der Lungenentwicklung sind bisher nicht genau bekannt. Neue Möglichkeiten, diese zu untersuchen, liefert das Clearing von Gewebe in Kombination mit Antikörperfärbungen und 3D-Bildgebungsverfahren. Diese erlauben es, die Organogenese sowie die Expression von Transkriptionsfaktoren, wie z.B. Sox9, in drei Dimensionen zu verfolgen. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden die Methoden Clear T2, RTF und CLARITY angewendet und mit verschiedenen Färbungen kombiniert. Dabei wurden hauptsächlich Lungenproben von Ratten verwendet. Die Ergebnisse wurden am konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop betrachtet und ausgewertet. Dabei wurden Einflüsse der Clearing-Methoden auf die Qualität der Aufnahmen, aber auch auf die Färbungen beobachtet. CLARITY ermöglichte durch das Hydrogel eine bessere Diffusion der Moleküle in die Probe. Durch das Clearing kam es allerdings zu Veränderungen der Gewebestruktur. Clear T2 und RTF zeigten eine sehr gute Erhaltung der Struktur, jedoch stellte die Penetration größerer Moleküle in das Gewebe eine Herausforderung dar. Es wurde deutlich, dass die Clearing-Methode je nach Fragestellung gewählt werden muss.