Studienabschlussarbeiten

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Overduin, Joost;
Constructing a modular bubble remover and a multi-channel delivery device for organ-on-a-chip systems. - Ilmenau. - 130 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Organ-on-a-Chip (OoaC) Mikrosysteme sind neuartige Testinstrumente mit perfundierten 3D-strukturierten Zellkulturen, welche die Physiologie von Organen nachbilden. Genaue Kontrolle der mikrophysiologischen Bedingungen und Verwendung von mehreren Zelltypen sind wesentlicher Fortschritte im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zellkulturen. Der Einsatz von OoaCs verspricht eine Optimierung/Beschleunigung der Wirkstoffentwicklung, die Ermöglichung personalisierter Medizin und eine Verminderung des Bedarfs an Tierversuchen. Zwei OoaC-relevanten Modulen wurden konstruiert: (a) Ein modularer Luftblasen-Entferner; (b) eine programmierbare Mehrkanalpumpe für die Zugabe von Nährstoffen, Hormonen und sonstigen bioaktiven Substanzen. (a) Luftblasen in OoaCs sind zytotoxisch und behindern die Perfusion. Sie werden entweder infundiert oder entstehen aus Lufteinschlüssen während Temperatur- oder Druckschwankungen. Ein mikrofluidischer Blasenentferner wurde gebaut, dessen mikroporöse Membran (Porendurchmesser: 0,3 [my]m) die Luftblasen zu einer 1 mm dicken PDMS-Membran lenkt die sie in eine Vakuumkammer führt. Normaler Perfusion (0-150 [my]l/St.) ergab eine effektive Blasenentfernung (Halbwertszeit: 12 Min.). Weiter zeigten sich kaum Effekte der Betriebsparameter (Perfusionsrate und fluidischer Widerstand) auf die Blasenentfernung. COMSOL-Modelle der Blasenentfernung entsprachen den experimentellen Beobachtungen. Eine dünnere, semiporöse PDMS-Membran beschleunigte die Blasenentfernung um das Doppelte. Simulationen zeigten, dass die 1 mm dicke PDMS-Membran, die -900 mbar ausgesetzt wird, den Luftgehalt des Mediums um 36 % vermindert, was stromabwärts Luftblasen reduzieren könnte. Zum Schluss wurde ein Konzept des "non-porösen Schwamms" präsentiert, zur Luftblasenentfernung mit PDMS ohne externe Vakuumleitungen. (b) Eine programmierbare Mehrkanalpumpe wurde entworfen, um physiologiegerechte Abgabe von komplexen Medien an OoaCs zu realisieren. Schrittmotoren, kontrolliert von einem Arduino-Mega-2500 Mikrokontroller, betätigen Spritzen mit den jeweiligen Medienkomponenten. Zur Eingabe von Infusionsmustern wurde eine Excel-ähnliche Benutzerfläche erstellt. Eine Windows GUI Konsole wurde in Visual Basic 2017 und Python 3.7 programmiert zur Konversion der Infusionszeitpläne in ausführbare Pumpdateien. Ein Arduino Sketch (in Arduino C) diente zur elektronischen Ansteuerung der Schrittmotoren.



Alternative Synthesewege zur überlappungsfreien Kombination von DNA Modulen. - Ilmenau. - 55 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Ziel der Bachelor-Arbeit ist es, eine doppelsträngige DNA-Sequenz aus Oligonukleotiden zu synthetisieren und das Produkt aufzureinigen. Die Sequenz der DNA ist hierbei nach einem System zu entwickeln, um eine Nachricht in dieser zu codieren. Um das umzusetzen wurden diverse Optimierungsversuche sowohl an der Synthese als auch der Aufarbeitung der DNA unternommen. Das gewünschte Produkt konnte zwar hergestellt werden, jedoch weder sequenzierbar noch ausreichend rein. Gegenüber vorangegangenen Arbeiten wurden jedoch Erfolge gegenüber der Quote an Nebenprodukten und Verunreinigungen erzielt.



Ossetek, Kilian;
Voruntersuchungen zu Muller's ratchet Effekten bei DNA Bakteriophagen am Beispiel T7. - Ilmenau. - 54 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Im Gegensatz zu RNA-Viren wurden DNA-Viren bisher wenig unter dem Gesichtspunkt von Muller's ratchet untersucht. Der Bakteriophage T7 soll dahingehend unter Aussetzung von genetic bottlenecks auf die Theorie von Muller's ratchet auf mehrerer Parameter untersucht werden. Zusätzlich wird die Methode des Plaqueto-Plaque-Assays für zukünftige Arbeiten evaluiert. Die Experimente zeigen, dass die Theorie von Muller's ratchet auf den DNA-Phagen Escherichia Virus T7 angewendet werden kann. Es zeigt sich eine Abnahme der Phagenkonzentration, des Plaquedurchmessers und der Plaquewachstumsrate.



Prehl, Shannon;
In vitro Direktverknüpfung von RNA Oligomeren zur kombinatorischen Synthese von definierten RNA Sequenzen. - Ilmenau. - 53 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In der vorliegenden Arbeit soll die In vitro Direktverknüpfung von RNA Oligomeren zur kombinatorischen Synthese von definierten RNA Sequenzen untersucht und ein Verfahren für diese entwickelt werden. Dazu wurden verschiedene Experimente mit unterschiedlichen Ansätzen durchgeführt. Die Ergebnisse lieferten Anhaltspunkte, welche Methoden erfolgreich sein können, schlossen allerdings auch einige Vorgehensweisen aus.



Bohn, Johanna;
Investigations of cell adhesion behavior on photoswitchable polymers. - Ilmenau. - 44 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Smart materials sind die Vorreiter der modernen Forschung und medizinischen Versorgung. Unter ihnen sind vor allem die schaltbaren Oberflächen von Bedeutung, insbesondere durch ihre nicht-invasiven Eigenschaften. Zusammen mit Funktionalisierungen über Elektrizität oder Temperatur kommen besonders photoswitchable - also lichtschaltbare - Oberflächen zur Geltung. Neben Azobenzenen und Spiropyranen fallen donor acceptor Stenhouse adducts, kurz DASA, ins Gewicht. Dies beruht darauf, dass DASA mit Licht des sichtbaren Spektrums geschaltet werden können und kein für Zellen schädliches UV Licht benötigen. Die niedrigen Herstellungskosten und die Stabilität der DASA sprechen für sich. Diese Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Möglichkeiten der Anwendung dieser Verbindungen als steuerbare Zellwachsoberfläche auf verschiedenen Polymeren zu erörtern. Hierzu wurden verschiedene Konzentrationen und Zusammensetzungen von DASA auf ihre Photoswitching-Fähigkeiten untersucht. Zusätzlich wurde auch die chemische Kompatibilität von DASA und biologischen Organismen über Zelladhäsion erforscht. Es wurden Oberflächen entwickelt auf denen jeweils für verschiedene Zeitfenster L929 Zellen inkubiert wurden. Zuletzt wurden Experimente durchgeführt, die durch das Beobachten der Bildung des Aktinskeletts untersuchten, inwiefern das Serum in dem Zellmedium auf die Zelladhäsion Einfluss nimmt. In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung zur Zelladhäsion auf photoswitching Polymeren dargestellt.



Chenaux-Repond, Nicolas;
Erzeugung von längeren RNAs über in vitro Transkription von Hybrid DNA aus synthetischen und natürlichen Komponenten. - Ilmenau. - 32 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Hybrid besteht aus einem natürlichen Gen und einer synthetisch hergestellten Promotorregion für die T7 RNA Polymerase, welche für die in vitro Transkription benötigt wird. Das natürliche Gen wurde mittels PCR amplifiziert und die synthetisch hergestellte Promotorregion wurde aus vier Primern zusammengesetzt, indem diese annealt und ligiert wurden. Es war möglich, DNA Hybride mit einer Länge von bis zu 1650 bp herzustellen und daraus über in vitro Transkription RNA zu transkribieren.



Lukmanto, Klara Elvina;
Characterization of differentiation of neural stem cells. - Ilmenau. - 74 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In den letzten Jahrzehnten haben sich viele Forschungsprojekte mit der Untersuchung neuraler Stammzellen beschäftigt, um die Neurogenese besser zu verstehen und umwirksameTherapien zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen sowie von Hirn-und Rückenmarksverletzungen zu entwickeln. In der vorliegenden Studie wurden menschliche neuronale Stammzellen (NSCs) in Bezug auf Zellexpansion und Neurogenese untersucht. Die neuralen Stammzellen wurden erzeugt, indem humane embryonale Stammzellen (H9-Stammzelllinie) über duale SMAD-Inhibition neuralinduziert wurden. NSCs wurden entweder als konventionelle adhärente Monolayerkultur (2D) oder als Neurosphärenkultur (3D) kultiviert und die Multipotenz und der Differenzierungszustand der Zellen wurde durch Anwesenheit von Marker Proteinen untersucht. Hierbei kam die Antikörper-basierte Immunfluoreszenztechnik und Laserscanningmikroskopie zur Anwendung. Verschiedene Kultivierungs- und Differenzierungsmethoden sowie Versuchsbedingungen (Medien, Neurotrophine, verschiedene ECM-Substrate, Zelldichte, Konfluenz, Inkubationsdauer) wurden getestet, um eine effiziente Differenzierung der NSCs in Neuronen zu erreichen. Die mit dibutyrl-cAMP- induzierten neuralen Stammzellen in der Monolayer-2D-Kultur differenzierten in unreife Neuronen, die durch Expression von ß3-Tubulin identifiziert wurden. Außerdem konnte eine Stimulation der Gliogenese (GFAP-positive Astrozyten) gezeigt werden. Letztendlich resultierte eine optimierte Neurosphärenkultivierung inder Erzeugung von MAP2-positiven Neuronen, welche hauptsächliche reife Neuronen repräsentieren. Dies zeigt, dass die in dieser Studie entwickelte Methode als Modell der neuronalen Entwicklung im Vergleich zur 2D-Kultur überlegen ist. Am Ende wurden die elektrischen Aktivitätender auf MEA-Chips gezüchteten 2D-differenzierten NSCs beobachtet. Es konnten jedoch keine elektrischen Aktivitäten (Peaks) nachgewiesen werden, was darauf hinweist, dass die erzeugten Neuronen nicht reif genug waren. Stichwörter: 2D Monolayer, 3D-Neurosphäre, db-cAMP-neuronale Differenzierung, humane neurale Stammzellen, Immunfluoreszenz, Laserscanningmikroskopie, Neurale Stammzellkultur, Neurogenese, MEA-Messung



Karang, Anak Agung Ayu Prima Desitania;
Analysis of different hydrogel formulations in terms of their suitability as a corneal implant. - Ilmenau. - 59 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Hydrogel hat in letzter Zeit aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, einschließlich der Wasserabsorptionsfähigkeit, Flexibilität, Vielseitigkeit, Reizempfindlichkeit, weichen Struktur und seiner Eignung als artifizielles Gewebe, Aufmerksamkeit erregt. Hydrogele werden aufgrund ihrer Biokompatibilität, geringen Immunogenität und biologischen Abbaubarkeit in vielen Bereichen wie der biomedizinischen Anwendung eingesetzt. Hier konzentriert sich die Arbeit hauptsächlich auf die Modifikation von Standardkollagenhydrogelen, die für die Hornhautimplantate verwendet werden. Kollagen Typ I wurde aufgrund seiner Existenz in der Hornhaut ausgewählt und kann leicht eine 3D-Struktur von Hydrogelen bilden. Es wurden interessante Ergebnisse gefunden, wie die bestimmten Parameter das stabilisierte Kollagen Hydrogel beeinflussten. Bei diesem Ansatz wurde die Modifikation des Kollagenhydrogels unter Verwendung eines Proteoglykans durchgeführt, nämlich Decorin, da Decorin ein kleines Leucin-reiches Proteoglycan ist, das natürlicherweise in hohen Mengen vorhanden ist und an Kollagen im Hornhautstroma bindet. Decorin spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung von Kollagenfibrillen und ECM, um die Transparenz der Hornhaut aufrechtzuerhalten. Die andere Modifikation des Kollagenhydrogels war die Zugabe von riboflavin and UV licht. Das photochemisch wurde auch zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Hydrogel verwendet. Die Transparenz wurde in der UV-Vis-Spektrometrie bei 210 bis 1100 nm unter Verwendung von zwei verschiedenen Formulierungen gemessen, wobei eine Decorin-und eine Decorin mit riboflavin and UV licht Formulierung verwendete. Experimentelle Beweise zeigten, dass die Vernetzung von Decorin und Riboflavin zu einer verbesserten mechanischen Stabilität beiträgt und die Transparenz gleich bleibt. Die Kollagenaseenzymstudie zeigte, dass keine Hydrogelbildung gefunden werden konnte, die die Verwendung als synthetische Lenticule ermöglicht



Xie, Ting;
Selektive Detektion von Hepatozyten und Sinusoidalen Leberendothelzellen in einem Zellsheetlayersystem durch Antikörper-basierte Immunfluoreszenz. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (IV, 36 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Humane primäre Hepatozyten werden häufig zur Untersuchung von Arzneimitteltoxizitäten, Arzneimittel-Clearance und Arzneimittel-Wechselwirkungen verwendet. Aufgrund der schnellen Dedifferenzierung der Zellen in zweidimensionalen Kulturen geht der Leberphänotyp und die Leberfunktion verloren und eine langfristige Kultivierung ist nicht möglich. Aus diesem Grund werden häufig 3D- Zellkultursysteme verwendet, die die in vivo Leberphysiologie besser imitieren können. In der Arbeitsgruppe wurde ein Zellsheetlayersystem (CSL) entwickelt, welche Leberläppchen nachahmen und mit Hepatozyten und sinuosidalen Leberendothelzellen besiedelt werden können. Die Herstellung erfolgt durch die 3D-[my]-contact-printing-Methode. Das Kultivieren von Zellen in diesen dreidimensionalen Strukturen kann zu phänotypischen und funktionellen Verbesserungen bei den kokultivierten Zelltypen führen. Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war die Entwicklung einer Antikörper-basierten Immunfluoreszenzdetektionsmethode, durch die Hepatozyten und sinuosidale Leberendothelzellen (LSECs) auf einem Zell-Sheet-Layer-System (cell-sheet-layer, CSL) durch Farbstoff-markierte Antikörper und Laserscanningmikroskopie selektiv detektiert werden können. Dies dient zur besseren Charakterisierung des Zellsheetlayer-Kokultursystems. Zu diesem Zweck wurden primäre upcyte® Hepatozyten (pHeps) und primäre upcyte® LSECs verwendet, welche aufgrund gentechnischer Modifikationen länger proliferieren können. Mit der 3D-[my]-contact-printing-Methode wurden Zellsheetlayer hergestellt. Verschiedene Antikörper (AK)-Kombinationen wurden getestet und die Immunfluoreszenzdetektionsmethode konnte erfolgreich mit einem monoklonalem anti-Albumin-AK zur Detektion der Hepatozyten sowie einem monoklonalem anti CD31-AK zur Detektion der LSECs in einer 2D-Kokultur etabliert werden. Zuvor konnte gezeigt werden, dass die selektive Detektion der Hepatozyten und LSECs mit folgenden AK-Kombinationen nicht möglich war: polyklonaler anti Albumin AK (Heps)/ monoklonaler anti CD31-AK (LSECs) und monoklonaler anti AAT-1-AK (Heps)/ monoklonaler anti CD31-AK (LSECs). Der Grund hierfür waren jeweils unspezifische Bindungen der AK an beide Zelltypen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei der selektiven Detektion von verschiedenen Zelltypen in einem Kokultursystem auf Unspezifität der verwendeten AK geachtet werden muss und die spezifischen Antigene sorgfältig ausgewählt werden müssen.



https://doi.org/10.22032/dbt.40534
Küstner, Merle Johanna;
Einfluss einer wiederholten Acetaminophen-Applikation auf humane upcyte® Hepatozyten in einer 2D-Langzeit-Zellkultur. - Ilmenau. - 39 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die toxische Wirkung von Acetaminophen basiert auf dem Metaboliten N-Acetyl-p-benzochinonimin, welcher bei der Oxidation von Acetaminophen in einer Phase-I-Reaktion über das CYP450-Enzymsystem gebildet wird. Das Ziel der Arbeit bestand darin, die Auswirkungen wiederholter Acetaminophen-Applikationen auf humane upcyte® Hepatozyten über einen Zeitraum von 31 Tagen aufzuzeigen. Insbesondere sollten die Effekte physiologisch relevanter Acetaminophen-Konzentrationen (50 [my]M, 100 [my]M, 250 [my]M) mit höheren potenziell toxischen Acetaminophen-Konzentrationen (2 mM, 5 mM) auf humane upcyte® Zellen verglichen werden. Hierzu wurde täglich die Zellfunktion in Hinblick auf die Albumin-Sekretion und die LDH-Sekretion als Maß für die Acetaminophen induzierte Hepatotoxizität aus den Medium-Überständen bestimmt. Zudem sollte die Eignung der upcyte® Hepatozyten für Toxizitätsstudien dieser Art getestet werden. Durch die wiederholten Applikationen physiologisch relevanter Acetaminophen-Konzentrationen auf die upcyte® Hepatozyten konnte über den Inkubationszeitraum eine Steigerung der Zellfunktionalität in Hinblick auf die Albumin-Sekretion gezeigt werden. Im Gegensatz dazu führen hohe Konzentrationen (2 mM und 5 mM) zu einer starken Einschränkung der Zellfunktionalität. Entstandene Zellschädigungen durch die APAP-Applikationen zeigten sich im LDH-Assay reversibel. Die verwendeten upcyte® Hepatozyten wiesen eine lange Lebensdauer auf, wodurch die Langzeitkultur ermöglicht wurde.