Impedanzmessung an Zellen:

Der Kern eines Impedanzassays an Zellen

Die Grundlage der Impedanzassays an Zellen sind Goldmikroelektroden am Boden elektronischer Mikrotiterplatten (E-Plates). Diese Elektroden bedecken 70–80 % der Wellfläche – je nachdem, ob ein Sichtfenster vorhanden ist – und sorgen so für hohe Empfindlichkeit. Weil sie ineinandergreifend angeordnet sind, lässt sich eine ganze Zellpopulation gleichzeitig verfolgen. Über die Änderung der Impedanz werden Zellzahl, Zellgröße, Zellform und die Güte der Anheftung in Echtzeit äußerst empfindlich erfasst.

So funktionieren Impedanzassays an Zellen

Anders als herkömmliche zellbasierte Assays beurteilt die xCELLigence-RTCA-Technik den Zustand der Zellen durchgehend und ohne Eingriff – ohne Markierung, ohne Farbstoff. Die angelegte Spannung ist mit 22 mV so gering, dass Vitalität und Funktion der Zellen unberührt bleiben. Das macht das Verfahren für lange kinetische Untersuchungen geeignet.

1. Der Stromkreis entsteht – In einer leitfähigen Lösung (etwa Kulturmedium oder Puffer) wird eine kleine Spannung angelegt (22 mV), sodass Elektronen durch die Lösung fließen.
2. Zellen und Impedanz – Heften sich adhärente Zellen an die Elektroden, behindern sie den Elektronenfluss. Daraus entsteht ein messbares Impedanzsignal.
3. Der Messwert – Wie groß die Impedanz ausfällt, hängt ab von:
4. • Zellzahl
   • Zellgröße und Zellform
   • Stärke der Anheftung

Impedanzkurven in Echtzeit lesen

Die Behinderung des Elektronenflusses durch adhärente Zellen wird als einheitenlose Größe angegeben, den Cell Index (CI): CI = (Impedanz zum Zeitpunkt n – Impedanz ohne Zellen) / Nennwert der Impedanz.

1. Anheftung und Ausbreitung – Der CI steigt nach dem Zugeben der Zellen, während sie sich anheften und Fokalkontakte ausbilden.
2. Proliferationsphase – Der CI steigt stetig, während die Zellen sich teilen und die Wellfläche einnehmen.
3. Konfluenzplateau – Der CI bleibt gleich, sobald die Zellen die Fläche vollständig bedecken.
4. Apoptose und Ablösung – Der CI fällt, während apoptotische Zellen sich abrunden und ablösen.

Über die Apoptose hinaus lassen sich mit Impedanzassays auch die Anheftung, der Verlauf der Proliferation sowie zytotoxische Wirkungen und das Ansprechen auf Wirkstoffe verfolgen – ohne Markierung und ohne Färbung am Versuchsende.

Impedanz und zelluläres Geschehen zusammenbringen

Die xCELLigence-RTCA-Technik liefert quantitative Messwerte in Echtzeit zu den wichtigen zellulären Kenngrößen und wird in vielen Forschungsfeldern eingesetzt, unter anderem:

• Endothelbarriere
• Chemotaxis und Zellmigration
• Filopodiendynamik
• Immunzell-vermittelte Zytolyse

Bei aller Breite erlaubt die xCELLigence-Technik auch sehr gezielte Untersuchungen. Mit passenden Kontrollen und ergänzenden Assays lassen sich Impedanzkurven bestimmten molekularen und biochemischen Vorgängen zuordnen – das macht die Daten belastbarer.