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Jürschick, Johannes –

Jürschick, Johannes – Chemotaxis in µ-Slides mit 3-dimensionalen Gelmatrizes Durch die geringe Höhe der µ-Kanäle kann die Diffusion zwischen den beiden Kammern nur sehr langsam stattfinden und der erzeugte Gradient, in welchem sich die Zellen bewegen sollen, bleibt lange Zeit annähernd konstant. Die Betrachtung der Diffusion in den µ-Slides soll in dieser Arbeit eine zentrale Rolle spielen. Aus diesem Grunde soll im Folgenden kurz auf einige Zusammenhänge der Stoffdiffusion in Flüssigkeiten eingegangen werden. 1.Einleitung und Motivation 15

Jürschick, Johannes – Chemotaxis in µ-Slides mit 3-dimensionalen Gelmatrizes 1.5. Diffusion in Flüssigkeiten Die treibende Kraft bei der Bewegung von Teilchen im Raum ist die Brownsche Molekularbewegung. Liegt eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung eines gelösten Stoffes in einem Flüssigkeitsvolumen vor, tritt ausgelöst durch die Brownsche Molekularbewegung nach einem bestimmten Zeitraum ein Konzentrationsausgleich auf. Die differentielle Steilheit eines vorliegenden Konzentrationsunterschieds wird als Gradient (gradC) bezeichnet. Der durch den Vorgang dieses Konzentrationsausgleichs auftretende Teilchenstrom (j) wird durch das 1. Ficksche Gesetz beschrieben: j = -DgradC Zur Beschreibung instationärer, wie zum Beispiel zeitlich veränderlicher Diffusion zwischen endlichen Reservoiren wird das 2. Ficksche Gesetz herangezogen, welches auch als Diffusionsgleichung bezeichnet wird und die zeitliche und räumliche Entwicklung des Gradienten beschreibt. . D bezeichnet dabei den Diffusionskoeffizienten des gelösten Stoffes in m 2 /s. Er gibt an, welche Fläche in einer bestimmten Zeit durchdrungen wird und ist abhängig von der Größe des diffundierenden Moleküls (R0), der Temperatur (T) und der dynamischen Viskosität (µ) der umgebenden Flüssigkeit. Zellen können unterschiedliche Stoffkonzentrationen über mehrere Größenordnungen hinweg erkennen. Die Orientierung erfolgt dabei auf Grundlage des relativen Stoffgradienten. Der relative Gradient wird als gradC/C beschrieben und bezieht sich auf den Konzentrationsunterschied unabhängig von der Absolutkonzentration. Wie sensitiv Zellen auf einen Gradienten reagieren können hängt davon ab, wie nahe die Absolutkonzentration des vorhandenen Chemoattractant an der Dissoziationskonstante des Rezeptor-Ligand Komplexes der Zellen liegt. Abhängig von der verwendeten Zelllinie können Zellen einen relativen Gradienten von etwa 1-2% über die Länge des Zellkörpers aufspüren. [Mato et al., 1975], [Tranquillo et al., 1988], [Fisher et al., 1989] 1.Einleitung und Motivation 16

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