Wechselwirkung von Zellen mit funktionellen nanostrukturierten Oberflächen

Unser Ziel ist das biophysikalische Verständnis der dynamischen Regulation der Adhäsionskontakte von Zellen und deren Einfluss auf Funktionen von Zellen. Hierzu sollen auf artifiziell biofunktionalisierten Festkörperoberflächen Adhäsionsexperimente mit lebenden Zellen durchgeführt werden. Adhäsionskontakte sind komplexe, hierarchisch organisierte Proteincluster, welche entlang der Zellmembran angeordnet sind. Ein Eingriff in die molekulare Anordnung des Adhäsionsclusters ermöglicht, die Funktion von Zellen drastisch zu beeinflussen. Dabei sind verschiedene Längenskalen zu berücksichtigen: Hierzu sollen nanoskalige Bereiche an einer Festkörperoberfläche mit RGD-Thiolen funktionalisiert werden, an welche die Adhäsionsproteine (Integrine) der Zelle binden können. Die Bindungsstellen sollen dabei mit einem besonders eleganten Verfahren gleichzeitig auf drei Hierarchiestufen lateral strukturiert werden, um damit einerseits durch die Wechselwirkung mit den Oberflächen grundlegende Längenskalen in Adhäsionsclustern zu identifizieren und anderseits die Proteinzusammensetzung des Adhäsionsclusters zu manipulieren, was einen Eingriff in die Signaltransduktion der Zelle zur Folge hat. Insbesondere ist die Bereitstellung von Adhäsionspunkten, die aufgrund deren Größe nur ein einzelnes Protein binden können, von besonderer Wichtigkeit. Dies wird durch die Blockcopolymermizell-Nanolithographie gewährleistet. Durch geschicktes Anordnen dieser Strukturen entstehen hierarchisch strukturierte Oberflächenbereiche:

Diese komplexe Art der Nanofunktionalisierung kann möglicherweise zur künstlich induzierten Wanderung und Zielfindung von Zellen auf Festkörperoberflächen ausgenutzt werden. Kooperative Effekte (z.B. Abhängigkeit der Zellwechselwirkung vom Abstand der RGD-Punkte bei gleichzeitiger Variation der Anzahl dieser Punkte pro Cluster) sollen systematisch untersucht werden.