@PhdThesis{macau_mods_00001776, author = {Lukat, Nils}, title = {Zelldynamik und Detektion magnetisch markierter Zellen}, year = {2021}, publisher = {Christian-Albrechts-Universit{\"a}t zu Kiel}, address = {Kiel}, keywords = {Am{\"o}ben; Magnetische Nanopartikel; Zelldetektion; Magnetische Detektion; Superdiffusion}, abstract = {Dreidimensionale Biomaterialien werden als Ger{\"u}stmaterialien f{\"u}r Zellen verwendet und erm{\"o}glichen die Proliferation und die Migration von Zellen in drei Dimensionen. Die Entwicklung dieser Materialien zielt auf die Erzeugung k{\"u}nstlichen Gewebes ab, welches z.B. genutzt werden kann, um erkranktes Gewebe zu ersetzen. Bevor dieses Gewebe transplantiert werden kann, ist es essenziell sicherzustellen, dass das gesamte Probenvolumen von Zellen durchsetzt ist und nicht nur die Oberfl{\"a}che der Probe. Da dies von Probe zu Probe unterschiedlich sein kann, ist eine Individuelle experimentelle Bestimmung f{\"u}r jede Probe notwendig. Der Nachteil bisheriger Methoden zur Bestimmung der r{\"a}umlichen Verteilung mithilfe eines optischen Mikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops ist, dass eine destruktive Probenvorbereitung ben{\"o}tigt wird, womit die Proben nach der Untersuchung nicht weiterverwendet werden k{\"o}nnen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, ein Messverfahren zu entwickeln, das die zerst{\"o}rungsfreie Detektion von Zellenverteilungen in Biomaterialien erm{\"o}glicht. Dazu werden die Zellen mit magnetischen Partikeln markiert. Anschlie{\ss}end wird das von diesen Partikeln ausgehende Feld mithilfe eines magnetoelektrischen Sensors detektiert. Die L{\"o}sung des inversen Problems liefert anschlie{\ss}end die Verteilung der magnetisch markierten Zellen, die dem gemessenen Feld zugrunde liegt. Um die Zielsetzung zu erreichen, m{\"u}ssen mehrere Herausforderungen bew{\"a}ltigt werden. So erzeugt ein Ensemble magnetischer Nanopartikel erst dann ein Feld in seiner Umgebung, wenn es sich selbst in einem Magnetfeld befindet. Da Magnetfelder mit dem Abstand zur Quelle stark abnehmen, sollte der Sensor zudem m{\"o}glichst dicht an der Probe platziert werden. Damit ergibt sich die Herausforderung der Messung einer kleinen Feldvariation in einem vielfach gr{\"o}{\ss}eren Hintergrundfeld. Des Weiteren k{\"o}nnen magnetische Hintergrundsignale, erzeugt beispielsweise durch stromf{\"u}hrende Leitungen, die Messung {\"u}berlagern und so eine Rekonstruktion der Zellverteilung unterbinden. In dieser Arbeit wird ein Aufbau zur Detektion magnetischer Partikel vorgestellt und die M{\"o}glichkeiten diskutiert, um die genannten Herausforderungen zu l{\"o}sen. Des Weiteren wird die Nachweisgrenze und die r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung sowie die Machbarkeit von Zellmessungen experimentell nachgewiesen. Um zu beantworten, ob der vorgeschlagene Aufbau f{\"u}r die Zellmessungen beeinflusst, wird in der vorliegenden Arbeit auch der Einfluss von intrazellul{\"a}ren magnetischen und unmagnetischen Partikeln auf die Zelldynamik untersucht. F{\"u}r die Beobachtung der Bewegung intrazellul{\"a}rer Partikel wurde ein Matlab Programm entwickelt, mit dem intrazellul{\"a}re Partikel automatisiert verfolgt und ihre Trajektorien bestimmt werden k{\"o}nnen. Die so bestimmten Trajektorien einzelner, nat{\"u}rlich vorkommender, intrazellul{\"a}rer Partikel zeigen hochinteressante superdiffusive Eigenschaften. Um die Ursachen dieser superdiffusiven Bewegung aufzudecken, werden mehrere Faktoren untersucht, die zu diesem Verhalten beitragen k{\"o}nnen. Dabei zeigt sich, dass insbesondere Ausst{\"u}lpungen in der Zellmembran zu einer gerichteten und damit superdiffusiven Bewegung im Zeitbereich von mehreren 10 Sekunden f{\"u}hren. Um in Zukunft auch Zellverteilungen in drei Dimensionen zerst{\"o}rungsfrei aufl{\"o}sen zu k{\"o}nnen, wird dar{\"u}ber hinaus ein neuartiger Aufbau zur Detektion magnetischer Nanopartikel vorgeschlagen.}, url = {https://macau.uni-kiel.de/receive/macau_mods_00001776}, file = {:https://macau.uni-kiel.de/servlets/MCRFileNodeServlet/macau_derivate_00002867/NilsLukat.pdf:PDF}, language = {de} }