Mikrofluidsegmenttechnik f\u00fcr die umwelttoxikologische UntersuchungEinsatz eines Mikrofluidsystems f\u00fcr umwelttoxikologische ScreeningsDie weltweite Belastung der Umwelt mit Schadstoffen stellt ein Problem f\u00fcr \u00d6kosysteme als auch f\u00fcr den Menschen selbst dar. Trotz zahlreicher Untersuchungen zur Umweltwirkung von Chemikalien, ist das Wissen hinsichtlich Risikoabsch\u00e4tzung und Risikobeurteilung bei mehr als 70% nicht ausreichend. In j\u00fcngster Zeit r\u00fcckt die Diskussion um die Kombinationswirkungen immer mehr in den Vordergrund, da sie die realen Verh\u00e4ltnisse der Schadstoffexposition wiederspiegeln. Problematisch f\u00fcr die praktische L\u00f6sung des Problems bleibt die Gr\u00f6\u00dfe des mehrdimensionalen Parameterfeldes, dessen Komplexit\u00e4t wissenschaftliche Untersuchungen im Rahmen der konventionellen Laborpraxis komplizieren. Hier k\u00f6nnte der Einsatz von Mikrofluidsystemen entscheidend zur Probleml\u00f6sung beitragen.Gegenstand der angestrebten Promotionsarbeit ist die Entwicklung eines Laborsystems unter Anwendung der Segmented-Flow-Methode, welche es gestattet, synergistische Wirkungen von potentiellen Umweltschadstoffen nicht nur f\u00fcr prokaryotische und eukaryotische Einzeller sondern auch f\u00fcr eukaryotische Mehrzeller zu charakterisieren. Durch die Entwicklung semiautomatischer Screeningabl\u00e4ufe soll eine erste Einsch\u00e4tzung des Gef\u00e4hrdungspotentials getroffen werden. Ferner soll es m\u00f6glich sein, Schlussfolgerungen f\u00fcr Parameterkombinationen als Modelle f\u00fcr komplexere Umweltverh\u00e4ltnisse treffen zu k\u00f6nnen. Daf\u00fcr soll das Potential der Mikroreaktionstechnik genutzt werden. Im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen \u00f6kotoxikologischen Methoden liegen die Vorteile der in dieser Promotionsarbeit eingesetzten Methode in der sicheren Handhabung, dem geringem Energie- und Volumeneinsatz, dem minimalen Einsatz an Chemikalien und der zeit- und kosteng\u00fcnstigen Erzeugung einer gro\u00dfen Anzahl an sehr variablen Reaktionsr\u00e4umen in relativ kurzer Zeit. Die Erzeugung von sogenannten Mikrofluidsegmenten (Reaktionsr\u00e4ume) erfolgt in einem Segmentierungsmodul durch Injektion der Probenfl\u00fcssigkeiten in eine inerte Tr\u00e4gerfl\u00fcssigkeit (z.B. Perfluoralkane). Aufgrund der nicht Mischbarkeit der Probenstr\u00f6me kommt es zur Ausbildung von einzelnen voneinander abgetrennten Reaktionsr\u00e4umen, welche den Organismus und den zu untersuchenden Schadstoff oder die Schadstoffkombination enthalten. Die Flussraten der Probenstr\u00f6me werden \u00fcber ein ansteuerbares Spritzenpumpensystem koordiniert. Nach der Segmentierung werden die einzelnen Mikrofluidsegmente analysiert. Daf\u00fcr werden je nach Untersuchungsobjekt photometrische und fluorimetrische Detektionseinheiten sowie die Bildanalyse eingesetzt. Im ersten Jahr der Promotionsarbeit wurde sich vorrangig mit der Frage besch\u00e4ftigt, welche Organismen sich \u00fcberhaupt ins Mikrofluidsystem einbringen und kultivieren lassen. Dabei wurden Versuche mit Vielzellern (Fadenwurm C. elegans, Zebrafisch Danio rerio- s.Photo), Zellkulturen (Darmbakterium Escherichia coli und Hefe Saccharomyces cerevisiae) und Humanzellen (HeLa-Zellen) durchgef\u00fchrt. Weiterhin wurden erste Untersuchungen zur Endpunktbestimmung (Wirkkriterium) durchgef\u00fchrt. Im zweiten Jahr konnte das Mikrofluidsystem an die unterschiedlichen Versuchsbedingungen adaptiert und unterschiedliche Analysemethoden integriert und untersucht werden. In dieser Zeit wurden bereits erste toxikologische Screenings anhand der Modellorganismen Danio rerio und E. coli durchgef\u00fchrt. Neben der Bildanalyse als Analysemethode der unterschiedlichen Entwicklungsstadien des Zebrafisch Phenotyps wurden f\u00fcr die Screenings mit dem Darmbakterium photometrische und fluorimetrische Analyseeinheiten eingesetzt. Damit war es m\u00f6glich die Effekte verschiedener Wirkstoffe auf die metabolischen Aktivit\u00e4t der Bakterienkulturen \u00fcber die Indikatoren Wachstum und pH-Wert zu untersuchen. Neben dem Screening von Einzelsubstanzen wurden bereits erste einfache Kombinationswirkungen von Wirkstoffen untersucht. Bereits in den ersten zwei Jahren der Promotionsarbeit konnte gezeigt werden, dass der Einsatz der Segmented-Flow-Methode vielversprechende Resultate f\u00fcr die Realisierung von Multiparameter Screenings lieferte. Damit wurde die Basis f\u00fcr zuk\u00fcnftige High Throughput und High Content Screenings gelegt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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