Bestimmung elastischer Eigenschaften von Plattenepithelkarzinomzellen mittels Rasterkraftmikroskopie

Zusammenfassung

Einleitung: Maligne und benigne Zellen unterscheiden sich nach bisherigen Untersuchungen durch ihre Kern-Plasma-Relation und an Hand ihrer Elastizität. Zur Messung dieser mechanischen Zelleigenschaft eignet sich die Anwendung eines Rasterkraftmikroskops. Wenn Zellen verschiedener Dignität ein unterschiedliches Resonanzverhalten zeigen, weil sie eine andere Elastizität besitzen, wäre eine selektive Ablation von spezifischen Gewebearten mittels Ultraschallwellen denkbar. Das Ziel unserer Arbeit ist eine hochselektive Ablation von Tumorgewebe unter Schonung des gesunden Gewebes zu erreichen.

Material und Methode: Mittels Rasterkraftmikroskopie wurden Elastizitätsmessungen und eine ortsaufgelöste physikalische Zellcharakterisierung von Tumorzellen (UD-01 Zelllinie) durchgeführt. In einem weiteren Schritt wurde ein Ultraschallapplikator unter definierten Bedingungen über einem Zellrasen positioniert und die morphologischen Veränderungen während der Ultraschallbehandlung bei einer Frequenz von 24 kHz dokumentiert.

Ergebnisse: Es zeigten sich verschiedene Elastizitäten auf der Plattenepithelkarzinomzelle, abhängig von der Lage und der untersuchten Lokalisation. Wir konnten bezüglich der Ultraschallanwendung eine maximale Amplitude definieren, bis zu der morphologische Zellveränderungen ausschließlich durch Ultraschallanregung entstehen, unabhängig von entstehender Erwärmung. Nach Behandlung eines intakten Zellrasens mit fokussiertem Ultraschall konnten Verklumpungen und Ablösungen von der Oberfläche beobachtet werden.

Zusammenfassung: Das Rasterkraftmikroskop eignet sich zur Bestimmung der individuellen Zellelastizität mit einer sehr hohen Ortsauflösung. Die ermittelten Daten könnten die Grundlage für Behandlungsmodalitäten sein, die zu einer superselektiven Schädigung maligner Zellen führen.

Abstract

Introduction: Malignant and benign cells differ according to their elasticity. An atomic force microscope is a useful tool for measuring these mechanical cell properties. If cells of different dignity show different resonance behavior, due to their different elasticity, a selective ablation of specific tissue types by ultrasound would be possible. The goal is a highly selective ablation of tumor tissue without damaging healthy tissue.

Materials and Methods: We performed elasticity measurements of tumor cells (UD-01 cell line) with an atomic force microscope. In a further step, an ultrasound applicator has been positioned and the morphological changes of the cells during the treatment were documented.

Results: Different elasticities on the squamous cells were measured, depending on the location. Below a defined maximum amplitude the morphological cell changes were caused solely by ultrasonic excitation.

Summary: The atomic force microscope is suitable for the determination of the individual cell elasticity. The data collected could be the basis for treatment modalities that lead to a very selective damage for malignant cells.

Schlüsselwörter

Rasterkraftmikroskop - AFM - Zellelastizität - Plattenepithelkarzinom - Ultraschallbehandlung

Key words

atomic force microscope - scanning force microscope - cell elasticity - squamous cell carcinoma - ultrasound treatment

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