Titelaufnahme

Titel
Charakterisierung von Kardiomyozyten der spontan hypertensiven Ratte (SHR) in 3D-Kultur
Weitere Titel
Characterization of Spontaneously Hypertensive Rat Cardiomyocytes in 3D-Culture
AutorInnenMertlitz, Sarah
Erschienen2012
Datum der AbgabeJuli 2012
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Hypertonie / Kardiomyozyten / Spontan hypertensive Ratte / 3D-Kultur / Immunhistochemie
Schlagwörter (EN)hypertension / cardiomyocytes / spontaneously hypertensive rat / 3D culture / immunohistochemistry
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Charakterisierung von Kardiomyozyten der spontan hypertensiven Ratte in 3D-Kultur

Bluthochdruck (Hypertonie) ist ein weit verbreitetes Problem unserer Gesellschaft.

Die Folgeerkrankungen, wie Schlaganfaelle, Herz- und Nierenversagen zaehlen zu den haeufigsten Todesursachen in Europa.

Welche Faktoren zur Entstehung von Hypertonie fuehren ist aber bis heute nicht bekannt.

Um die Ursachen und den Verlauf einer Hypertonie besser erforschen zu koennen, wurde ein spezielles Tiermodell generiert, die spontan hypertensive Ratte (SHR).

SHR wurden in den 1960er Jahren erstmals gezuechtet und zaehlen seit dem zu den am haeufigsten verwendeten Tiermodellen zur Untersuchung von Hypertonie. Durch Kreuzung von normotensiven Wistar-Kyoto Ratten mit hohem Blutdruck gelang es Wissenschaftlern, Ratten zu generieren, die in den ersten Lebensmonaten spontan an Hypertonie erkranken. Der Blutdruck der Tiere steigt stetig an und fuehrt schliesslich dazu, dass die Ratten im Alter von 18-24 Monaten an einer Herzinsuffizienz sterben. Mit Hilfe von spontan hypertensiven Ratten kann der gesamte Verlauf von Hypertonie untersucht werden, vom Ausbruch der Krankheit bis zur Herzinsuffizienz.

In diesem Projekt werden Kardiomyozyten der spontan hypertensiven Ratte kultiviert und untersucht. Ziel ist es, herauszufinden, ob die Zellen bei unterschiedlicher Kultivierung auch unterschiedlich reagieren. Zu diesem Zweck wurde sowohl eine 2D als auch in 3D-Kultur der Zellen angelegt. Die herkoemmliche Methode ist die Zellkultivierung in 2D, die dreidimensionale Kultivierung hingegen soll die in vivo Situation des Koerpers simulieren. Zusaetzlich wurde ein 2D-Pellet angefertigt, um eine weitere Probe vergleichen zu koennen.

Durch Untersuchungen an allen drei Zellzustaenden soll ueberprueft werden, ob Studien zur Erforschung und Therapieentwicklung von Hypertonie an 2D-Kulturen sinnvoll sind oder ob durch dreidimensionale Konstrukte die in vivo Situation besser erforscht werden kann.

Die angelegten 2D- und 3D-Kulturen sowie das 2D-Pellet wurden jeweils den gleichen Experimenten unterzogen und die Ergebnisse wurden anschliessend verglichen.

Durch fotografische Dokumentation des Zellwachstums, konnten bereits unterschiedliche Morphologien der Zellen von 2D- und 3D-Kultur beobachtet werden.

Zur Sichtbarmachung der Zellformen wurden Schnellfaerbungen und PAP-Faerbungen durchgefuehrt. Dabei konnte bereits festgestellt werden, dass Zellen der 2D-Kultur langgestreckt oder breitflaechig sind, waehrend Zellen der 3D-Kultur und des 2D-Pellets rund sind. Bei genauer Betrachtung ist erkennbar, dass die Zellen der 3D-Kultur, im Gegensatz zu den Zellen des 2D-Pellets, Verbindungen zueinander ausgebaut haben. Die Zellaggregate der 3D-Kultur sind ueber mehrere Wochen langsam entstanden und konnten so Verknuepfungen zueinander ausbilden. Die Zellen des 2D-Pellets haben ihre Form durch Zentrifugation erhalten und unterliegen keiner strukturierten Organisation.

Durch Immunfluoreszenzfaerbungen wurde ausserdem das Expressionsverhalten der unterschiedlichen Proben ueberprueft.

Die Ergebnisse haben erneut bestaetigt, dass die Zellen der 3D-Kultur miteinander in Kontakt stehen und interagieren. Es konnte gezeigt werden, dass sich das Expressionsverhalten, je nach untersuchter Probe, veraendert.

Ausserdem konnte mit Hilfe der durchgefuehrten Faerbungen bestaetigt werden, dass in einem dreidimensionalen Zellaggregat unterschiedliche Schichten von proliferierenden, ruhenden und nekrotischen Zellen vorzufinden sind.

Im Allgemeinen konnte in diesem Projekt experimentell nachgewiesen werden, dass Kardiomyozyten der spontan hypertensiven Ratte sowohl Morphologie als auch Expressionsverhalten abhaengig von der jeweiligen Kultivierungsmethode aendern.

Zellen einer 3D-Kultur bauen, aehnlich wie der Gewebeverband des Koerpers, Verbindungen zueinander aus. Diese Verbindungen bewirken, dass die Zellen miteinander kommunizieren und anders reagieren als Zellen einer zweidimensionale

Zusammenfassung (Englisch)

Characterization of the spontaneously hypertensive rat cardiomyocytes in 3D culture

High blood pressure (hypertension) is a common disease nowadays.

Complications as stroke, heart failure and kidney failure, are among the leading causes of death in Europe. Triggers for the development of hypertension are still unknown.

To explore the causes as well as the course of hypertension more effectly, a special animal model was generated, the spontaneously hypertensive rat (SHR).

SHR have been bred during the 1960s for the first time. Today they are the most frequently used animal model for research on hypertension.

By crossing normotensive Wistar-Kyoto rats with high blood pressure, scientists succeeded in generating rats, which spontaneously acquire hypertension during the first months of their life. The animals blood pressure continues rising and finally leads to death caused by heart failure at the age of 18-24 months.

The entire course of hypertension, from the outbrake of the disease to the death, can now be investigated with the help of spontaneously hypertensive rats.

In the present study, cardiomyocytes of SHR were cultured and characerized.

The aim was to investigate, if cells respond differently when cultered under various conditions.

For this purpose both a 2D and a 3D culture of the cells were created.

The two-dimensional cell culture is the conventional method of cell breeding in microbiology. In contrast, the three-dimensional culturing of cells simulates in vivo situations in the body. In addition, a 2D pellet was prepared to compare a further sample.

Based on experiments performed on the 2D cell culture, the 2D pellet and the 3D cell culture, it should be tested whether it is meaningful to use two-dimensional cell cultures for studies on research and development of treatments of hypertension, or whether the in vivo situation can be better investigated by using three-dimensional cell constructs.

The two- and three-dimensional cell cultures as well as the 2D pellet were each subjected to the same experiments and the results were compared.

Through photographic documentation of the cell growth, differences between cells of the 2D and 3D culture, concerning cell morphology, were observed.

To visualize the cell shape, rapid staining and PAP staining were performed.

It could be observed, that cells of the 2D culture are elongated or spacious while cells of the 3D culture have a round shape.

On closer consideration it could be determined, that cells of the 3D culture formed connections to each other, in contrast to cells of the 2D pellet.

Cell aggregates of the 3D culture emerged slowly over several weeks and were able to form bonds to neighbouring cells. Cells of the 2D pellet preserved their form after centrifugation and do not underlie higher organisation.

Furthermore, immunofluorescence staining was used to analyse expression behaviour of the different samples.

Once again, the results have confirmed, that cells of the 3D culture are in close contact with each other. It could be shown, that the expression pattern differs depending on the analysed sample.

In addition, the staining confirmed that three-dimensional cell aggregates contain different layers of proliferating, resting and necrotic cells.

In general, this project helped to demonstrate that cardiomyocytes of the spontaneously hypertensive rat change both, morphology as well as expression pattern, depending on the method of cultivation.

Similar to tissues in the body, cells of 3D aggregates form connections to each other. These connections effect, that the cells communicate with each other and consequently respond differently than cells of a two-dimensional cell culture.

Therefore, three-dimensional cell cultures are more suitable for the development of new therapies for the treatment of hypertension. Additionally, three-dimensional cell aggregates lay the foundation for modern tissue engineering.