Physikalische Charakterisierung von HNSCC-Zellen...E-Mail: [email protected]...
1
E-Mail: [email protected] Julia Kristin 1 , Maja Strugacevac 2 , Hsiao-Ching Tsai 2 , N. Ullrich 2 , Constanze Wiek 1 , J. Schipper 1 , M. Getzlaff 2 1 Universitätsklinikum Düsseldorf, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Moorenstrasse 5, 40225 Düsseldorf. 2 Universität Düsseldorf, Institut für Angewandte Physik, Universitätsstrasse 1, 40225 Düsseldorf Einleitung: Physikalische Eigenschaften von Zellen, wie die Elastizität, werden hauptsächlich durch das Zytoskelett bestimmt. Ziel unserer Studie ist es, Unterschiede zwischen gesunden und Karzinomzellen aus dem Kopf-Hals-Bereich festzustellen. Die Ergebnisse dienen als Grundlage, spezifische Schallfrequen- zen zu detektieren, die selektiv maligne Zellen abladieren und gesunde Zellen schonen. Zusammenfassung: Die von uns zum Teil neu entwickelten und angewandten Methoden erlauben die Bestimmung des Volumens von Zellbestandteilen und der Elastizität von Zellen. Die Ergebnisse dienen der Detektion von geeigneten Schallfrequenzen zur Zerstörung von Karzinomzellen. Trotz fehlender, relevanter Volumenunterschiede bezüglich des Zytoskelettes, weisen die untersuchten Zellen eine unterschiedliche Elastizität auf. Physikalische Charakterisierung von HNSCC-Zellen Material und Methode: • Zelllinien: Plattenepithelkarzinomzelllinie (UD-SCC-1, Oro- pharynx T3N2bM0, Uniklinik Düsseldorf), gesunde orale Keratinozytenzelllinie (HOK, ScienCell). • Entwicklung einer eigenen Software zur Berechnung des Zytoskelettvolumens von Zellen. • Durchführung der Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Be- stimmung der Elastizität von gesunden und Karzinom- zellen. Ergebnisse: • Das entwickelte Matlab-Skript (MathWorks, USA) ermöglicht die Berechnung des Volumens von verschiedenen Zellbestandteilen (z.B. Zellkern, Zytoskelett, Mitochondrien) im Verhältnis zum gesamten Volumen der Zelle. Für die Karzinomzelllinie (UD-SCC-1) errechnet sich ein Anteil der Aktinfilamente von 48%±10% (n=99 Zellen), für Mikrotubuli von 55%±12% (n=228 Zellen). Die gesunde Keratinozytenzelllinie weist 49%±12% (n=59 Zellen) Aktinfilamente und 44%±10% Mikrotubuli (n=90 Zellen) auf (Abbildung 2). • In der Rasterkraftmikroskopie zeigt sich ein signifikanter Unterschied in der Elastizität zwischen der gesunden und der Karzinomzelllinie (Tabelle 1), wobei die Tumorzellen eine höhere Elastizität aufweisen. Die Beschichtung der Glasbodenschalen mit Gelatine beeinflusst die Ergebnisse der Elastizitätsmessung maßgeblich. Zelllinie Ganze Zelle (kPa) Zellkern (kPa) Peripherie (kPa) HOK (n= 40) mit Gelatine Mittelwert: Median: 4,59 4,57 6,22 5,82 3,53 3,37 UD-SCC-1 (n=45) mit Gelatine Mittelwert: Median: 2,58 2,30 3,39 3,09 2,73 2,55 UD-SCC-1 (n=35) ohne Gelatine Mittelwert: Median: 3,39 2,65 4,37 3,59 4,47 3,04 Tabelle 1: Elastizitätsunterschiede zwischen benignen und malignen Zellen aus dem Kopf-Hals-Bereich. Unterscheidung von Messwerten über der gesamten Zelle, im Bereich des Zellkerns und außerhalb des Zellkerns (Peripherie). Abbildung 1: Links: Abbildung der Zellen und des Cantilevers einer AFM- Messung mittels integriertem Lichtmikroskops. Rechts: AFM-Aufnahme zur Darstellung der Zytoskelettfilamente. Abbildung 2: Anteil des Volumens der Zytoskelettfilamente im Verhältnis zum gesamten Volumen der Zelle. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 - 5 5 - 10 10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 40 40 - 45 45 - 50 50 - 55 55 - 60 60 - 65 65 - 70 70 - 75 75 - 80 80 - 85 85 - 90 90 - 95 95 - 100 Anzahl der Zellen [%] Zytoskelettvolumen / gesamtes Zellvolumen [%] HOK - Aktinfilamente HOK - Mikrotubuli UD-SCC-1 - Aktinfilamente UD-SCC-1 - Mikrotubuli Published online: 2019-04-23
Transcript of Physikalische Charakterisierung von HNSCC-Zellen...E-Mail: [email protected]...
E-Mail: [email protected]
Julia Kristin1, Maja Strugacevac2, Hsiao-Ching Tsai2, N. Ullrich2, Constanze Wiek1, J. Schipper1, M. Getzlaff2
1 Universitätsklinikum Düsseldorf, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Moorenstrasse 5, 40225 Düsseldorf. 2 Universität Düsseldorf, Institut für Angewandte Physik, Universitätsstrasse 1, 40225 Düsseldorf Einleitung:
Physikalische Eigenschaften von Zellen, wie die Elastizität,
werden hauptsächlich durch das Zytoskelett bestimmt. Ziel
unserer Studie ist es, Unterschiede zwischen gesunden und
Karzinomzellen aus dem Kopf-Hals-Bereich festzustellen. Die
Ergebnisse dienen als Grundlage, spezifische Schallfrequen-
zen zu detektieren, die selektiv maligne Zellen abladieren und
gesunde Zellen schonen.
Zusammenfassung: Die von uns zum Teil neu entwickelten und angewandten Methoden erlauben die Bestimmung des
Volumens von Zellbestandteilen und der Elastizität von Zellen. Die Ergebnisse dienen der Detektion von geeigneten
Schallfrequenzen zur Zerstörung von Karzinomzellen. Trotz fehlender, relevanter Volumenunterschiede bezüglich des
Zytoskelettes, weisen die untersuchten Zellen eine unterschiedliche Elastizität auf.
Physikalische Charakterisierung von HNSCC-Zellen
Material und Methode:
• Zelllinien: Plattenepithelkarzinomzelllinie (UD-SCC-1, Oro-
pharynx T3N2bM0, Uniklinik Düsseldorf), gesunde orale
Keratinozytenzelllinie (HOK, ScienCell).
• Entwicklung einer eigenen Software zur Berechnung des
Zytoskelettvolumens von Zellen.
• Durchführung der Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Be-
stimmung der Elastizität von gesunden und Karzinom-
zellen.
Ergebnisse:
• Das entwickelte Matlab-Skript (MathWorks, USA) ermöglicht die Berechnung des Volumens von verschiedenen
Zellbestandteilen (z.B. Zellkern, Zytoskelett, Mitochondrien) im Verhältnis zum gesamten Volumen der Zelle. Für die
Karzinomzelllinie (UD-SCC-1) errechnet sich ein Anteil der Aktinfilamente von 48%±10% (n=99 Zellen), für Mikrotubuli von
55%±12% (n=228 Zellen). Die gesunde Keratinozytenzelllinie weist 49%±12% (n=59 Zellen) Aktinfilamente und 44%±10%
Mikrotubuli (n=90 Zellen) auf (Abbildung 2).
• In der Rasterkraftmikroskopie zeigt sich ein signifikanter Unterschied in der Elastizität zwischen der gesunden und der
Karzinomzelllinie (Tabelle 1), wobei die Tumorzellen eine höhere Elastizität aufweisen. Die Beschichtung der
Glasbodenschalen mit Gelatine beeinflusst die Ergebnisse der Elastizitätsmessung maßgeblich.
Zelllinie Ganze Zelle
(kPa) Zellkern
(kPa) Peripherie (kPa)
HOK (n= 40) mit Gelatine Mittelwert: Median:
4,59 4,57
6,22 5,82
3,53 3,37
UD-SCC-1 (n=45) mit Gelatine Mittelwert: Median:
2,58 2,30
3,39 3,09
2,73 2,55
UD-SCC-1 (n=35) ohne Gelatine Mittelwert: Median:
3,39 2,65
4,37 3,59
4,47 3,04
Tabelle 1: Elastizitätsunterschiede zwischen benignen und malignen Zellen
aus dem Kopf-Hals-Bereich. Unterscheidung von Messwerten über der
gesamten Zelle, im Bereich des Zellkerns und außerhalb des Zellkerns
(Peripherie).
Abbildung 1: Links: Abbildung der Zellen und des Cantilevers einer AFM-
Messung mittels integriertem Lichtmikroskops. Rechts: AFM-Aufnahme
zur Darstellung der Zytoskelettfilamente.
Abbildung 2: Anteil des Volumens der Zytoskelettfilamente im Verhältnis
zum gesamten Volumen der Zelle.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 - 5
5 - 1
0
10 -
15
15 -
20
20 -
25
25 -
30
30 -
35
35 -
40
40 -
45
45 -
50
50 -
55
55 -
60
60 -
65
65 -
70
70 -
75
75 -
80
80 -
85
85 -
90
90 -
95
95 -
100
Anz
ahl d
er Z
elle
n [%
]
Zytoskelettvolumen / gesamtes Zellvolumen [%]
HOK - Aktinfilamente HOK - Mikrotubuli UD-SCC-1 - Aktinfilamente UD-SCC-1 - Mikrotubuli
Published online: 2019-04-23
