View - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3 Grundlagen
3.1 Extrazelluläre Ableitsysteme
Die zunehmenden Möglichkeiten der in vitro-Kultivierung verschiedenster Zell- und Gewebearten
haben in den vergangenen Jahrzehnten zur Klärung wesentlicher Fragestellungen
der Elektrophysiologie beigetragen. Im Mittelpunkt stehen hierbei Fragen nach den
Mechanismen der Ausbreitung elektrischer Signale in Zellnetzwerken sowie nach der Entwicklung
und Funktionsweise in der synaptischen Plastizität von Zellwechselwirkungen.
Zu deren Klärung stellten Thomas et al. 1972 als erste die Idee vor, mit Hilfe eines planaren
30-Mikroelektroden-Arrays (MEA) nicht-invasive simultane Langzeit-Messungen
in Zellnetzwerken vorzunehmen [6] . Thomas nutzte zur Mikrostrukturierung von dünnen
Schichten Methoden der Planartechnik. Sein MEA bestand aus Glassubstraten, und darauf
befanden sich 2 Reihen mit jeweils 15 Goldelektroden, die in Abständen von 100 μm
angeordnet waren (s. Abb. 3.1). Die einzelnen Goldelektroden waren 7 μm×7 μm groß und
wurden elektrochemisch mit Platin Black beschichtet, um durch diese Oberflächenvergrößerung
die Impedanz der Mikroelektroden zu senken. Photolack wurde als Isolierschicht
auf diesen Elektroden verwendet, die Thomas in ersten in vitro-Experimenten zur Signalableitung
an Hühner-Herzmuskelzellen einsetzte [7] .
Bei der Ableitung konnte Thomas aufgrund des Elektrodendesigns noch keine Erfolge
für Messungen an einzelnen Zellen erzielen. Er berichtete außerdem über Schwierigkeiten
aufgrund einer niedrigen extrazellulären Impedanz. Dennoch legte diese Arbeit den
Grundstein für weitere Entwicklungen von Mikroelektroden-Arrays.
Kurz darauf wurde im Jahr 1980 von Pine et al. die erste erfolgreiche extrazelluläre Signalableitung
an getrennt kultivierten Neuronen von Säugetieren durchgeführt [5, 7] . Pine
verwendete hierfür Arrays mit Goldelektroden, die - wie bei Thomas - mit Platin Black
7