Scherprobenprotokoll zur Bestimmung von Einzelzell-Materialeigenschaften

Unregelmäßige Biomechanik ist ein Kennzeichen der Krebsbiologie und Gegenstand umfangreicher Untersuchungen. Die mechanischen Eigenschaften einer Zelle ähneln denen eines Materials. Die Stress- und Belastungsresistenz einer Zelle, ihre Relaxationszeit und ihre Elastizität sind Eigenschaften, die sich ableiten und mit anderen Zelltypen vergleichen lassen. Die Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften von krebsartigen (bösartigen) im Vergleich zu normalen (nicht-bösartigen) Zellen ermöglicht es den Forschern, die biophysikalischen Grundlagen dieser Krankheit weiter aufzudecken. Während bekannt ist, dass sich die mechanischen Eigenschaften von Krebszellen durchweg von den mechanischen Eigenschaften normaler Zellen unterscheiden, fehlt ein experimentelles Standardverfahren, um diese Eigenschaften aus Zellen in Kultur abzuleiten.

In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften einzelner Zellen in vitro mit Hilfe eines Fluid-Shear-Assays beschrieben. Das Prinzip hinter diesem Assay besteht darin, eine einzelne Zelle durch Flüssigkeitsscherspannung zu belasten und die daraus resultierende Zellverformung im Laufe der Zeit optisch zu überwachen. Die mechanischen Eigenschaften der Zelle werden anschließend mit Hilfe der digitalen Bildkorrelation (DIC) charakterisiert und ein geeignetes viskoelastisches Modell an die aus der DIC-Analyse generierten experimentellen Daten angepasst. Insgesamt zielt das hier skizzierte Protokoll darauf ab, eine effektivere und gezieltere Methode für die Diagnose schwer behandelbarer Krebserkrankungen bereitzustellen.