Charaterization of electrical biosensors to monitor placenta barrier integrity

Abstract

Seit den 1960er Jahren wissen wir, dass die Gebärmutter nicht als Schutzschale für den Embryo gegen Drogen dient. Daher ist es kriminell, die Permeabilität der Plazenta-Barriere zu untersuchen. Es wurden verschiedene Modelle (in vivo Tier, ex vivo perfusion Modelle und in vitro Zellkulturmodelle) etabliert, um die menschlich relevante Physiologie genau zu imitieren, aber die Forscher müssen noch mit den Einschränkungen und Schwierigkeiten dieser Modelle zusammenarbeiten. Die nächste Generation in der Plazenta-Forschung könnte die Entwicklung eines microengineered biomimetrischen Modells sein. Es ist in der Lage, die Struktur und die Funktion des Organs zu demonstrieren, um ein besseres Verständnis zu gewinnen. Ziel der Arbeit ist es, die Wirkung verschiedener Substanzen und Siliciumdioxid-Nanopartikel auf fünf verschiedene Plazenta-Zelllinien (JEG-3, JAR, ACH, ATCC, BeWo-B30) zu untersuchen. Hier wurde eine mikrofluidische Technologie in Kombination mit elektrochemischen Biosensoren etabliert und charakterisiert, um eine Plazenta-on-a-Chip zu schaffen, die zur nicht-invasiven Überwachung der medikamenteninduzierten Toxizität fähig ist. Weiterhin wurde das System gegen die Taten der Techniken getestet, die plazentale Transwellkulturen und transepitheliale elektrische Widerstandsmessungen (TEER) einsetzten. Die transepitheliale elektrische Widerstandsmesstechnik ist empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und Scherspannung, die auf die Zellen ausgeübt wird. Daher wurde das System charakterisiert, um ein zuverlässiges und wiederverwendbares Protokoll zu etablieren, das als Ausgangspunkt für Adhäsionen und Zytotoxizitätsmessungen diente.

The aim of the thesis is the development of a microengineered biomimetic model, also called placenta-on-a-chip, for placenta drug screening applications using microfluidic technology in combination with electrochemical biosensors. In this work, the barrier function of different placenta cell types are examined including end-point cytotoxicity assay to examine the effect of chemical exposure such as Colchcine, MMS and chlorpromazine. Additionally silica nanoparticle toxicity is investigated and time- and dose dependence of the exposure are monitored using impedance spectroscopy. Results are further compared to transepithelial electrical resistance (TEER) experiments using standard transwell technology. The experimental outcome of the thesis demonstrated that the placenta-barrier does not work as an impenetrable barrier. .