Science-Story ➜ Simulation von Zellen für elektrisch aktive Implantate

Zellen können aus verschiedenen Gründen einem externen Feld ausgesetzt werden. Beispiele sind Impedanzmessungen oder aber auch elektrische Stimulation, die Gewebewachstum anregen soll.

Die Abbildung zeigt biologische Zellen im externen elektrischen Feld. Das Feld ist eigentlich homogen, also überall im Raum gleich. Dann sollten die Potentialflächen (im Bild in grau) planare Ebenen sein. Das heißt, dass eine Potentialfläche zu einem Potentialwert gehört. Durch die Zellen werden diese Flächen aber deformiert, was die Wechselwirkung zwischen Zellen und Feld zeigt.

Mit solchen Modellrechnungen können wir Messungen erklären, den Einfluss von Feldern auf Zellen ermitteln oder auch weitergehende Modelle erstellen (in denen z.B. Zellen durch das Feld deformiert werden).

Elektrisch aktive Implantate werden vor einem möglichen Einsatz im Tier oder Menschen zuerst in Zellkulturen getestet.

Das Foto zeigt beispielhaft einen Versuchsaufbau zur experimentellen Anwendung von Elektrostimulation in Zellkammern.

Damit wir genau verstehen, was während der Stimulation passiert, messen wir verschiedene Parameter kontinuierlich mit.

Diese Ergebnisse helfen uns auch, unsere Simulationen zu verbessern.

Bild Simulation Zellen und Text: M.Sc. Julius Zimmermann
Bild Zellkammer Versuchsaufbau: M.Sc. Nils Arbeiter