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2017 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Neuartige Ansätze für die laserbasierte Manipulation von Zellen mit Hilfe plasmoneninduzierter Effekte

Author: Judith Krawinkel

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Judith Krawinkel zeigt anhand von Goldnanostrukturen, dass deren Interaktion mit Laserstrahlung das Potenzial hat, schonend und effizient Wirkstoffe in Zellen einzubringen, diese gezielt zu eliminieren oder genetisch zu manipulieren. So eignen sich membranadhärente sphärische Goldnanopartikel zum Einbringen von Molekülen in Zellen. Vor allem bei Primärzellen empfiehlt die Autorin die Zugabe von Radikalfängern. Zudem nutzt sie peptidkonjugierte Goldnanopartikelagglomerate, die die Aufnahme extrazellulärer Moleküle über Endozytose unterstützen. Laserbestrahlung bewirkt effizientes intrazelluläres Freisetzen der Moleküle und der Agglomerate, die dabei in biokompatiblere Produkte zerteilt werden. Durch Bestrahlen goldbeschichteter Oberflächen mit Lasern entstehen Nanopartikel und Kavitationsblasen, die eukaryotische Zellen irreversibel schädigen und Biofilme manipulieren können.

Table of Contents

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung
Zusammenfassung
Trotz der rasanten Entwicklung der modernen Medizin fehlen für viele Krankheiten wirksame Therapien. Untersuchungen zu Krankheitsursachen, -prozessen und Therapien sowie die Suche nach wirksamen Therapeutika müssen daher ergänzt werden durch eine Technologiebasis u. a. für prototypische Verfahren zum Verabreichen von Wirkstoffen („Drug delivery“), zu Diagnose und Therapie [1]. Bei diesen Verfahren spielen zellbasierte Ansätze eine große Rolle. In der Zellmanipulation geht es sowohl um die genetische Modifikation von Zellen als auch um das Einbringen von Wirkstoffen mit therapeutischem Nutzen und um das gezielte Eliminieren von Zellen.
Judith Krawinkel
Chapter 2. Grundlagen laserbasierter Manipulation von Zellen mittels plasmoneninduzierter Effekte
Zusammenfassung
Der Mechanismus der laserbasierten Zellmanipulation mittels plasmoneninduzierter Effekte nutzt die Auswirkungen der Interaktion von Laserstrahlung mit Goldnanostrukturen auf biologische Materialien. Da die Interaktion von den Laserparametern sowie den Eigenschaften der Goldnanostrukturen abhängt, ist das Verständnis ihrer optischen Eigenschaften, also ihr Verhalten bei Interaktion mit einer EMWelle, essentiell. Deswegen werden in diesem Kapitel zunächst die optischen Eigenschaften von AuNP und die durch Laserstrahlung an ihnen induzierten Effekte beschrieben.
Judith Krawinkel
Chapter 3. Zellmanipulation mit Hilfe sphärischer Partikel und Laserstrahlung
Zusammenfassung
Membranadhärente sphärische NP in Kombination mit Laserstrahlen, die über die Probe gescannt werden, können Zellen schonend und mit hohem Durchsatz manipulieren [9, 160, 162, 180]. Bei Lasereinstrahlung fungieren AuNP als „Nanolinsen“ bzw. „Nanoheizungen“. Durch die dabei entstehenden Effekte (s. 2.1) wird die Zellmembran lokal in der Nähe der Partikel perforiert, so dass Moleküle vom extra- in den intrazellulären Raum gelangen können (s. 2.2.3).
Judith Krawinkel
Chapter 4. Intrazelluläre Manipulation mit peptidkonjugierten Goldnanopartikelagglomeraten
Zusammenfassung
Neben sphärischen Partikeln können auch Agglomerate sphärischer Partikel zur Manipulation von Zellen verwendet werden. Mehrere sphärische AuNP in unmittelbarer Nähe zueinander führen zu einer verstärkten Intensität der Nahfeldstreuung und so zu den sogenannten „hot spots“ zwischen den Partikeln [36]. Überdies ist der Wärmeeintrag bei gleicher Laserleistung im Vergleich zu einzelnen AuNP erhöht.
Judith Krawinkel
Chapter 5. Alternative zu Partikeln: Zellmanipulation mit goldbeschichteten Nanostrukturen
Zusammenfassung
Neben sphärischen AuNP und Goldnanopartikelagglomeraten können auch an goldbeschichteten (strukturierten) Oberflächen durch Interaktion mit Laserstrahlung entstehende plasmoneninduzierte Effekte für die Zellmanipulation verwendet werden. Solche Oberflächen lassen erwarten, dass bei der Manipulation keine NP in die Zellen gelangen. So kann bei klinischen Anwendungen eine Anlagerung im menschlichen Körper verhindert werden.
Judith Krawinkel
Chapter 6. Fazit und Ausblick
Zusammenfassung
Die Manipulation von Zellen ist eine Herausforderung der modernen Medizin. Ziel ist es – je nach Anwendung – extrazelluläre Moleküle in Zellen einzuschleusen, um diese genetisch zu modifizieren bzw. sie mittels eines Wirkstoffes zu behandeln oder ihren Tod herbeizuführen. Durch diese große Bandbreite variieren die Anforderungen, die an Methoden zum Manipulieren von Zellen gestellt werden.
Judith Krawinkel
Backmatter
Metadata
Title
Neuartige Ansätze für die laserbasierte Manipulation von Zellen mit Hilfe plasmoneninduzierter Effekte
Author
Judith Krawinkel
Copyright Year
2017
Electronic ISBN
978-3-658-17707-2
Print ISBN
978-3-658-17706-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-17707-2