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Bibliographic Metadata

Title
Systematische Zusammenfassung betreffend das Zytoskelett und Vorrichtungen zur Ausübung von Druck- und Zugkräften auf Zellkulturen
AuthorSadegh, Motamedi
Thesis advisorFreudenthaler, Josef
Published2018
Description72 Blatt : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarbeit, 2018
Date of SubmissionJanuary 2018
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Mechanobiologie / Zytoskelett / Druck / Zug / Scherkraft / Systematische Zusammenfassung / Laborapparaturen / Kraftmessung
Keywords (EN)mechanobiology / cytoskeleton / compression / tension / shear stress / systematic review / laboratory device / force measurement
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-12816 Persistent Identifier (URN)
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Systematische Zusammenfassung betreffend das Zytoskelett und Vorrichtungen zur Ausübung von Druck- und Zugkräften auf Zellkulturen [5.14 mb]
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Abstract (German)

Hintergrund: Zellen reagieren auf mechanische Kräfte, indem sie ihre Umgebung wahrnehmen und auf mechanische Stimulation Signalkaskaden aktivieren. Physiologisch stellt das eine wichtige Verbindung zur Außenwelt dar und erlaubt eine Anpassung. Es konnte gezeigt werden, dass eine deformierbare, intrazelluläre Struktur, die als das Zytoskelett (ZSK) bekannt ist, eine wichtige Rolle bei der Übertragung und Verteilung von Belastungen innerhalb der Zelle sowie bei deren Umwandlung in biochemische Prozesse spielt. Um also die mechanische Regulierung und Kontrolle der zellulären Funktionen begreifen zu können, muss man die Wirkungsweisen verstehen, die bestimmen, wie das ZSK seine Form und Funktion, als Reaktion auf Zug oder Druck ändert. In den letzten Jahrzehnten hat sich ein Forschungsfeld entwickelt, das sich mit den Auswirkungen mechanischer Kräfte auf lebendes Gewebe befasst.^ Dieses Interesse hatte zur Folge, dass Methoden entwickelt wurden, um dies im Labor zu ergründen. Dieser Umstand führt dazu, dass Geräte, mit Hilfe derer diese Kräfte in vitro simuliert werden können, in großer Vielfalt und mitunter komplexe Wirkungsweisen vorzufinden sind.

Ziel: Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über die aktuellen Möglichkeiten zu geben, mit denen die Zusammenhänge von Kraft und Zellantwort erforscht werden, indem diese beschrieben werden. Das Ergebnis soll die Forschung auf diesem Feld veranschaulichen und Anregungen geben für mögliche neue Forschungsideen. In dieser Arbeit werden die verschiedenen Möglichkeiten der mechanischen Kraftausübung auf Zellen in vitro beschrieben. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf die Beschreibung der Beeinflussung und die Unterschiede der Apparaturen mit deren Vor- und Nachteilen gelegt.^ Ziel dieser Diplomarbeit ist es, durch den Vergleich für die präklinische Forschung relevante Modelle zur Erforschung der Zellprozesse, unter Laborbedingungen zu erläutern.

Material und Methoden: Es wurden Artikel gesammelt und systematisch ausgewertet. Für die Literaturrecherche wurde das Onlineportal PubMed herangezogen und eine manuelle Suche vorgenommen. Es wurden Artikel mit den folgenden Suchwörtern verwendet: "Cytological Techniques/instrumentation" AND "Stress, Mechanical" [MeSH Terms]. Die Auswertung der Artikel erfolgte unter Betrachtung der Relevanz.

Ergebnisse: Bedingt durch das große Interesse und das Bestreben nach neuen Erkenntnissen in diesem Forschungsfeld, konnten anhand der Artikel und Studien etliche Geräte beschrieben werden, die zur mechanischen Manipulation dienen oder zu einem solchen Zweck nutzbar sind.^ Das Spektrum erstreckt sich von sehr simplen kostengünstigen zu hochtechnisierten und komplexen Versuchsaufbauten.

Zusammenfassung: Die Bandbreite der angewendeten Methoden stellt zugleich eine Möglichkeit dar, individuelle Fragestellungen einer jeden Forschergruppe im Rahmen der Möglichkeiten gezielt zu beantworten, nimmt aber oft nur Teilaspekte der zellulären Biosphäre in Augenschein und kann somit kein vollständiges Bild zusammenhängender Effekte generieren. Allerdings gibt es Ansätze, die durch Kombination von Werkzeugen einen Kreislauf schaffen, der es ermöglicht, dieses Problem in Zukunft zu minimieren.

Abstract (English)

Background: Cells are affected by mechanical force reacting to those by activating signal cascades. Physiologically, this is an important link to the outside world and allows an adaptation. In the past, studies have often demonstrated that a deformable, solid-intracellular structure, known as a cytoskeleton, plays an important role in the transmission and distribution of mechanical stresses within the cell and in its transformation into biochemical processes. Thus, in order to understand the mechanical regulation and control of the cellular functions, one must understand mechanisms that determine how the cytoskeleton changes its form and mechanics in response to stress. In recent decades, a research field has been developed that deals with the effects of mechanical forces on living tissue.^ This interest led to the development of methods to investigate this in the laboratory.

Aim: The aim of this thesis is to provide an overview of the current possibilities of researching the correlations of force and cell responses by listing the techniques. The result is intended to illustrate the research in this field and to supply inputs for possible new approaches, by various describing the possibilities of the mechanical force exertion on cells in vitro. Various possibilities for influencing and the differences of the apparatuses as well as their advantages and disadvantages are to be treated. The aim of this diploma thesis is to illustrate relevant models for the investigation of cell processes, under laboratory conditions, by means of comparison for preclinical research.

Material and methods: Articles were collected and analyzed systematically. For literature research the online portal PubMed was used and a manual search was carried out.^ The following search terms are used: "Cytological Techniques / instrumentation" AND "Stress, Mechanical" [MeSH Terms]. The evaluation of the articles concerning the relevance on the basis of the abstract and the full text.

Results: Due to the great interest and the search for new insights, the articles and studies described a number of devices which are used for mechanical manipulation or are usable for such a purpose. The spectrum extends from very simple cost-effective to complex test Setups.

Conclusio: The range of applied methods is at the same time a possibility to specifically answer individual questions of each research group within the scope of the possibilities, but often only looks at partial aspects of the cellular biosphere and thus can not generate a complete picture of related effects. However, there are approaches that combine a combination of tools to solve this problem in the future.

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