Establishment of a cell micropatterning method for the quantitative assessment of the organization of the keratin filament network

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Cell micropatterning – a powerful tool to control cell shape.

Im folgenden findet ihr hier meine Masterarbeit. Die Arbeiten dazu habe ich am Institut für Molekulare und Zelluläre Anatomie der Uniklinik RWTH Aachen unter Aufsicht von Rudolf Leube und Reinhard Windoffer durchgeführt. Ich stelle meine Arbeit hier hoch, in der Überzeugung, dass das an der Universität erlangte Wissen ein Gemeingut darstellt, welches der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden muss. Forschung, wie sie an Universitäten durchgeführt wird, ist nur mit Hilfe öffentlicher Zuwendungen z.B. durch entsprechende Förderprogramme der Regierung möglich, welche steuerlich finanziert werden. Aus diesem Grund hat die Öffentlichkeit ein Recht auf den freien Zugang zu dem erlangten Wissen und dieses Wissen sollte ihm nicht durch das Closed Access Monopol akademischer Verlage vorenthalten werden können! Wissen, das mit Hilfe gesellschaftlicher Mittel gewonnen wurde, sollte nicht privatisiert werden dürfen, was heute in vielen Fällen faktisch der Fall ist. Durch das Hochladen dieser Arbeit möchte ich meinen Dank an all die Menschen zum Ausdruck bringen, welche mir diese wundervolle Chance ermöglicht haben, an der Forschung beteiligt zu sein. Danke!

I Abstract
Cells are highly sensitive to physical and mechanical cues arising within the microenvironment, which have important effects on cellular processes and subsequent biological responses. The cytoskeleton plays a pivotal role in sensing biomechanical cues and translating it into biochemical signals but it is also of vital importance as a stress-bearing structure for maintaining cell integrity and stability by reorganizing single cytoskeletal elements upon mechanical stimulation. The keratin intermediate filament network contributes to the mechanical resilience of epithelial cells by undergoing a continuous cycle of remodeling in response to mechanical forces. Alterations of the keratin dynamics are difficult to quantify in cells grown under classical culture conditions since the cell shape is transitory due to uncontrollable cell polarity, migration and division. Adhesive micropatterns enable control over cell shape and function. This work explores the possibility to manipulate cell shape and size through cell micropatterning techniques in order to enable an easier quantification of the keratin filament distribution.

In the course of the experiments, stencil patterning was established as the preferred method of choice due to its superior performance in fabricating accurately shaped micropatterns with a uniform and homogeneous protein coating. Micropatterns with different sizes and shapes were designed and the optimal sizes and shapes for a high yield of single cells of selected cell lines was ascertained. The results obtained from normalized cells indicate that the keratin intermediate filament network does not respond to local geometrical cues because differently shaped cells revealed similarities in the average distribution of the keratin intermediate filaments. Nonetheless, the results demonstrate the utility of cell micropatterning for quantitatively assessing the contribution of the cytoskeleton to cellular behavior. The establishment of stencil patterning and the subsequent results of this work motivate further extensive investigations of the keratin intermediate filament network, as well as its interplay with other cellular components.
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