Titelaufnahme

Titel
Künstliche Rezeptoren auf Schwingquarzen zur Sensorik der thrombozytären Aggregationsfähigkeit.
Weitere Titel
Artificial Receptors on Quartz Crystal Microbalances for Detection of Platelet Aggregatability.
VerfasserJung, Stefan
GutachterRieß, Christine
Erschienen2016
Datum der AbgabeJuni 2016
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Biosensor / Mercaptopropionsäure EDC/NHS / Molekular geprägtes Polymer / MIP / Quarzmikrowaage / QCM / Selbstorganisierte Monoschicht / SAM / Thrombozyten / Thrombozytenfunktionstest
Schlagwörter (EN)Biosensor / Mercaptopropionic acid EDC/NHS / Molecular imprinted polymer / MIP / Platelets / Platelet function test / Quartz crystal microbalance / QCM / Self-assembled monolayer / SAM
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit befasst erstmals mit der Überprüfung des Potenzials zweier Methoden zur selektiven Beschichtung von Schwingquarzen als Thrombozytenfunktionstests. Die erste Methode basiert auf der Technik des molekularen Prägens, wobei inaktivierte Throm-bozyten in Polyurethan geprägt wurden. Die Immobilisierung des Thrombozytenaktivators Thrombin auf der Sensoroberfläche stellt die zweite untersuchte Variante der Beschich-tung der Quarze dar. Das Thrombin soll dazu dienen, die Aggregation direkt auf der Sen-soroberfläche zu starten. Ziel dieser Studie ist es, durch diese Techniken auf Basis der Quarzmikrowaage (QCM) einen Sensor zu generieren, dessen Signal sowohl von der Thrombozytenkonzentration im Plasma, als auch von der Aspirinkonzentration abhängt und damit ein Maß für die Aggregationsfähigkeit ist.

Zuerst wurde die Methode der molekularen Prägung von Thrombozyten in Polymer auf der QCM getestet. Anhand der statistischen Auswertung zeigte sich im ersten Versuch bereits eine deutliche Abhängigkeit der Sensorantwort von der Konzentration an zuge-führtem plättchenreichem Plasma (PRP) bzw. Thrombozyten, welche in der Varianzana-lyse auch statistische Signifikanz erreichte. Die Aspirinkonzentration hatte hier jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Messwerte. In einem zweiten Versuchsansatz wurde die Schichtdicke an Polymer auf dem Quarz erhöht, die PRP-Konzentration konstant ge-halten und dann mit verschiedenen Aspirinkonzentrationen getestet. Damit konnte eine deutliche, statistisch signifikante Abhängigkeit des Messsignals von der Aspirinkonzentra-tion beobachtet werden. Zusätzlich ergab eine weitere durchgeführte Einzelmessung Hinweise für den Einfluss von Aspirin auf die Thrombozyten in Echtzeit. Aufgrund man-gelnder Zeit konnte diese Messung jedoch nicht widerholt werden und ist daher statis-tisch nicht relevant.

Anschließend wurde noch in einem kurzen Versuchssetting das Verhalten der Sensor-antwort bei der Immobilisation von Thrombin an der Quarzoberfläche überprüft. Hierbei wurde einerseits die Frequenzänderung des Quarzes direkt nach Zugabe, als auch nach anschließendem Auswaschen bestimmt. Der irreversible Anteil des Signals ist ein Maß für die Menge an irreversibel gebundenen und daher aggregationsfähigen Thrombozyten. Andererseits floss auch die mittlere t90, als Parameter für die Ansprechzeit des Sensors und den Messverlauf, in die Statistik mit ein. Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Einfluss der PRP-Konzentration auf des Messsignal und einen leichten Aspirin-bedingten Effekt, der jedoch nicht statistisch signifikant war. Aufgrund der induzierten Blockierung der Cyclooxygenase 1 im Thrombozyten wurde eine Verlangsamung der Aggregation und einer Erhöhung der t90 mit zunehmender Aspirinkonzentration erwartet. Das Ergebnis der Auswertung der t90 zeigte jedoch eher einen gegenteiligen Effekt, welcher durch die generell sinkenden Frequenzhub mit steigenden Aspirineinfluss und dem dadurch schnel-leren Erreichen einer konstanten Frequenz erklärt werden kann.

Zusammenfassend ergaben beide getestete Methoden in dieser Studie gute erste Er-gebnisse. Um nun tatsächlich von einem Potenzial dieser Methode als Thrombozyten-funktionstests sprechen zu können, sind jedoch weitere Experimente mit größeren Stich-proben notwendig.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis for the first time tests two methods to achieve selective coatings of quartz crystal microbalances (QCM) for their potential as platelet function tests. The first one is based on molecular imprinting using inactive platelets as templates to imprint polyure-thane. The second one uses immobilization of a platelet activator – thrombin – on QCM to trigger agglomeration directly on the device surface. The aim of the study is to design a QCM sensor whose signal depends on the concentrations of both platelets and aspirin.

The first part of the thesis introduces molecular imprinting of platelets into polymer by using them on QCM as receptors. Statistical evaluation of the first experiment revealed that sensor responses depend on platelet concentration in platelet-rich plasma (PRP) in a statistically significant way. However the aspirin level had no significant effect on the sen-sor responses. Thus, further tests were performed to demonstrate the effect of aspirin on platelets. In a second approach the polymer thickness on the quartz was increased and retested with one PRP concentration combined with various concentrations of aspirin. Now the aspirin concentration clearly influenced the measured sensor responses. The effect even reached statistical significance. In addition, a further single measurement strongly indicates the impact of aspirin on the platelets in real time. However, due to lack of time, this measurement could not be repeated.

The second set of experiments immobilized thrombin on the quartz surface and subse-quently tested as a means to trigger aggregation. Both the change in resonant frequency after exposing the surface to platelets, and the irreversible part of the signal washing the sensor are interesting. The latter represents the amount of irreversibly bound and there-fore aggregatable platelets, which was used for evaluation. Also the mean t90, a parame-ter for the response time of the sensor and the measurement profile, was calculated. Re-sults revealed there was a clear influence of PRP concentration on the sensor response and minor aspirin-related effects, which, however, were not statistically significant. Aspi-rin-induced blocking of platelet cyclooxygenase-1 should decelerate platelet aggregation and increase the t90 with increasing aspirin concentration. However, evaluation of the t90 revealed the opposite effect, which can be explained by the generally decreasing fre-quency shift with increasing aspirin levels and thereby more rapid achievement of a con-stant frequency.

In summary, both tested methods in this study showed good initial results. Nevertheless, further trials with larger sample numbers are necessary to finally assess the potential of these methods as platelet function tests.