Konzipierung, Aufbau und Charakterisierung eines integrierten mikrofluidischen Systems für die in vitro-Immunzellaktivierung und Untersuchung der immunoregulierenden Funktion von Milch

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Das Projektziel ist die Identifizierung gesundheitsfördernder Bestandteile von Milch mittels mikrofluidischer Analysemethoden. Ein längerfristiges Ziel ist die Entwicklung von Milchprodukten mit gesundheitsfördernden Eigenschaften. Konkret soll in der geplanten Studie ein In-vitro-System zur Untersuchung der entzündlichen Reaktion von Monozyten-Zellen (THP-1) auf Lipopolysaccharid (LPS) und Milch entwickelt werden, ihre Reaktion mit der von Monozyten-Makrophagen verglichen und die Sekretion dreier verschiedener Zytokine (TNF-α, IL-1b, IL-6) quantifiziert werden. Dazu ist ein integriertes Mikrofluidiksystem zu entwickeln, das aus vier funktionellen Einheiten besteht und die Ausführung vierer aufeinander folgender Schritte in einem einzigen Kanal erlaubt: (1) Zellwachstum und Stimulation, (2) Inkubation von Zytokin-Magnetkügelchen und mischen mit den Zellen in einer Inkubations-/“Brutkammer“, (3) Waschen der Zytokin-Magnetkügelchen und (4) die Zytokin-Quantifizierung.Ein Grundelement des mikrofluidischen Systems besteht aus zwei identischen Einheiten für die parallele Untersuchung der Reaktion der Monozyten und der Monozyten-Makrophagen-Stimulation mit LPS bzw. Milch. In jeder Einheit werden die Monozyten in einer eigenen Inkubationskammer kultiviert. Nach der induzierten Differenzierung der Monozyten zu Makrophagen in der ersten Kammer und der Monoschichtausbildung werden beide Kammern mit LPS oder vorverdauter Milch behandelt. Die Monozyten in der zweiten Kammer verbleiben in undifferenzierter Form in der Suspension. Eine Suspension mit funktionalisierten Magnetkügelchen wird in die Inkubationskammer transportiert, wo die freigesetzten Zytokine aus Monozyten und Monozyten-Makrophagen eingeleitet werden. Dann wird der Komplex aus Magnetkügelchen und Zytokinen „magnetisch gewaschen“, um ungebundene Proteine zu entfernen. Die Magnetkugel-Zytokin-Komplexe werden schließlich in der Detektionskammer magnetisch gefangen und mittels Fluoreszenzmikroskopie erfasst.