One dimensional magnetic resonance spectroscopic imaging with radiofrequency field gradients/radiofrequency phase gradients and a microstrip as transmitter and receiver for the investigation of 3D cell cultures
Analytical Chemistry
Final Report Abstract
Die derzeit häufig in der biomedizinischen Forschung verwendeten 2D Zellkulturen bilden Prozesse, die im Gewebe stattfinden, nur ungenau ab, während 3D Zellkulturen als gutes Modell für in vivo ablaufende Prozesse gelten. Außerdem verfälscht die Probennahme aktuell genutzter Techniken selbst bei Gewebeproben und 3D Zellkulturen die Metabolit-Zusammensetzung. Zu diesem Zweck wurde eine eindimensionale Magnetic Resonance Imaging-Technik, die einen Gradienten des Radiofrequenzfeldes zur Ortskodierung einsetzt, entwickelt und implementiert. Diese Technik ermöglicht die Aufnahme von 1H-NMR-Spektren als Funktion des Ortes innerhalb des Messobjekts mit einer Ortsauflösung von 50µm. Die mit dieser Technik erhaltenen schichtselektiven NMR-spektroskopischen Daten können mit Hilfe einer zweidimensionalen Abel- Transformation in radiale Verteilungsfunktionen von Metabolitenkonzentrationen umgerechnet werden. Die NMR-Messung wurde mit einem Mikrostreifenleiter als Sender und Empfänger durchgeführt. Diese nachweisstarke Technik lässt sich optimal an die Dimension massen- und volumenbegrenzter Proben wie Sphäroide anpassen und erlaubt als planarer Detektor darüber hinaus den Einsatz mikrofluidischer Chips zur Perfusion der Sphäroide mit Zellkulturmedien. Durch die Kombination räumlich aufgelöster NMR-Spektroskopie mit einem selbst entwickelten mikrofluidischen Einsatz, der die Lebensfähigkeit der Zellen gewährleistet, ohne das NMR- Experiment zu stören, kann mit dieser Technik das Metabolom von 3D Zellkulturen positions- und zeitabhängig untersucht werden. Dies ermöglicht ein tieferes Verständnis toxikologisch und pharmakologisch relevanter Wechselwirkungen der Zellkultur mit Chemikalien, beispielsweise in der Krebstherapie. Hierbei spielt der Unterschied zwischen Zellen im Zentrum und am Rand des Sphäroids eine entscheidende Rolle, der mit dieser Technik erstmals in vitro untersucht werden kann.
