Das Wichtigste in Kürze
- Die Ussingkammer ist ein Laborgerät der Transportphysiologie, das aktiven Ionen- und Nährstofftransport durch lebendiges Epithelgewebe direkt messbar macht.
- PerformaNat setzt die Ussingkammer ein, um zu verstehen, wie Calcium und andere Ionen die Pansenwand von Milchkühen passieren und ins Blut gelangen.
- Gemessen werden transepitheliale Spannung (U), Kurzschlussstrom (Isc) und Gewebewiderstand (R) nach dem Ohmschen Gesetz (R = U/I).
- Mit radioaktiven Tracern lässt sich zusätzlich bestimmen, wie viel einer Substanz unter verschiedenen Bedingungen von einer Gewebeseite zur anderen transportiert wird.
- Die Erkenntnisse aus diesen Experimenten bilden die wissenschaftliche Grundlage für Produkte wie den CalciumBolus, der Milchkühe in der kritischen Transitphase mit Calcium versorgt.
Die Ussingkammer macht aktiven Ionen- und Nährstofftransport durch lebendiges Epithelgewebe im Labor direkt messbar. PerformaNat setzt diese Methode in der Grundlagenforschung ein, um zu verstehen, welche Transportkanäle im Pansen von Milchkühen für die Calciumaufnahme verantwortlich sind und wie sich diese gezielt aktivieren lassen. Benannt nach dem dänischen Physiologen Hans Henriksen Ussing, der die Technik in den 1940er Jahren entwickelte, gilt sie bis heute als eine der präzisesten Methoden der Epithelforschung.
Wie ist eine Ussingkammer aufgebaut?
Die Ussingkammer besteht aus zwei symmetrischen Halbzellen, die durch ein frisch entnommenes Stück Epithelgewebe vollständig voneinander getrennt werden. Dieses Gewebe bleibt durch eine kontinuierliche Versorgung mit nährstoffreicher Ringerlösung sowie einem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid vital. Bikarbonate (HCO₃⁻) in der Lösung stabilisieren den pH-Wert und schaffen physiologische Bedingungen, die dem Zustand im lebenden Organismus nahekommen.
Epithelzellen sind polarisiert. Das bedeutet, sie unterscheiden sich strukturell und funktionell auf ihrer apikalen Seite (lat. apex, Spitze) und ihrer basalen Seite (lat. basis, Grundlage).
- Beim Darmgewebe trägt die apikale, zum Darminneren gewandte Seite den sogenannten Bürstensaum aus Mikrovilli, der für die Nährstoffaufnahme zuständig ist.
- Die basale Seite gibt resorbierte Stoffe an Bindegewebe und Blutkreislauf ab. Diese strukturelle Trennung macht sich die Ussingkammer technisch zunutze.
Beide Gewebeseiten lassen sich unabhängig voneinander behandeln und analysieren.
Was messen Spannung, Strom und Widerstand in der Ussingkammer?
Spannung (U), Kurzschlussstrom (Isc) und Gewebewiderstand (R) sind die drei zentralen Messgrößen der Ussingkammer. Sie beschreiben gemeinsam, wie viel und welche Ionen aktiv durch das Gewebe transportiert werden.
Wenn Ionen wie Natrium (Na⁺) oder Calcium (Ca²⁺) gerichtet durch das Epithel transportiert werden, entsteht eine messbare transepitheliale Spannung (U) von wenigen Millivolt. Diese wird über Spannungselektroden erfasst.
Um zusätzlich den Kurzschlussstrom (Isc) zu bestimmen, legt eine Gleichstromquelle einen Gegenstrom an, der die Gewebespannung auf null hält. Der dafür benötigte Strom entspricht direkt dem aktiven Ionentransport. Steigt der Isc nach Zugabe einer Substanz an, deutet das auf eine verstärkte Absorption von Kationen hin, etwa von Natrium oder Calcium.
Aus beiden Werten ergibt sich nach dem Ohmschen Gesetz der transepitheliale Gewebewiderstand (R = U/I). Er gibt an, wie durchlässig ein Gewebe insgesamt ist. Dünndarmgewebe hat beispielsweise einen deutlich niedrigeren Widerstand als Dickdarmgewebe. Das Pansenepithel von Rindern weist nochmals höhere Widerstandswerte auf, was seine selektive Barrierefunktion widerspiegelt.
| Messgröße | Kürzel | Einheit | Bedeutung |
| Transepitheliale Spannung | U (PD) | mV | Elektrisches Potential durch aktiven Ionentransport |
| Kurzschlussstrom | Isc | µA/cm² | Nettofluss aktiv transportierter Ionen |
| Gewebewiderstand | R (TER) | Ω·cm² | Gesamtdurchlässigkeit des Epithels |
Welche Transportprozesse lassen sich in der Ussingkammer nachweisen?
Die Ussingkammer ermöglicht es, einzelne Transportwege gezielt zu untersuchen. Durch den Einsatz spezifischer Inhibitoren lassen sich bestimmte Transportproteine oder Enzyme selektiv blockieren. Bleibt nach ihrer Blockade ein messbarer Transportanteil aus, ist der Beitrag dieses Proteins am Gesamttransport belegt.
Zusätzlich können Nährstoffe und Ionen radioaktiv markiert werden, sogenannte Tracer. Diese Markierung erlaubt es, die Menge einer Substanz, die von der apikalen auf die basale Seite und umgekehrt transportiert wird, exakt zu quantifizieren. Dafür wird Kammerlösung entnommen und die Radioaktivität in einem Szintillationszähler bestimmt. Solche Versuche unterliegen strengen Auflagen und dürfen ausschließlich in zertifizierten Laborräumen unter dauerhafter Überwachung der Strahlendosis des Personals stattfinden. Je nach Versuchsdesign sind dauerhaft zwei bis vier Personen für einen gesamten Arbeitstag notwendig. Der Aufwand ermöglicht jedoch sehr präzise Aussagen über Transportmengen und Dosis-Wirkungs-Beziehungen.
Wie nutzt PerformaNat die Ussingkammer in der Forschung?
PerformaNat setzt die Ussingkammer als zentrales Werkzeug ein, um den Calcium- und Ionentransport durch das Pansenepithel von Milchkühen zu untersuchen. Mithilfe dieser Methode konnte gezeigt werden, dass der TRPV3-Kanal im bovinen Pansenepithel als relevanter Transportweg für Calcium, Natrium und Ammonium fungiert.
Auf Basis dieser Ussingkammer-Experimente wurden phytogene Verbindungen identifiziert, die diesen Kanal aktivieren und damit die Calciumresorption steigern können. Das ist besonders relevant in der Transitphase, wenn Milchkühe rund um die Kalbung erhöhten Calciumbedarf haben und eine unzureichende Versorgung zu Milchfieber führen kann.
Die Ussingkammer liefert dabei die wissenschaftliche Grundlage, bevor Wirkstoffe in klinischen Fütterungsstudien an Kühen eingesetzt werden. Welche Calciumquellen für Milchkühe besonders gut resorbiert werden, beschreibt dieser Artikel.
Häufige Fragen zur Ussingkammer
Was ist eine Ussingkammer? Die Ussingkammer ist ein Laborgerät der Transportphysiologie, das aktiven Ionentransport durch lebendiges Epithelgewebe misst. Sie besteht aus zwei Halbzellen, die durch ein Gewebestück getrennt sind, und erfasst Spannung, Strom und Widerstand des Gewebes.
Was misst der Kurzschlussstrom (Isc) in der Ussingkammer? Der Kurzschlussstrom gibt an, wie viele Ionen aktiv durch das Gewebe transportiert werden, wenn die transepitheliale Spannung auf null gehalten wird. Ein Anstieg nach Substanzzugabe deutet auf eine erhöhte Ionenabsorption hin.
Warum wird das Gewebe in der Ussingkammer begast? Das frisch entnommene Gewebe muss am Leben erhalten werden, damit aktive Transportprozesse physiologisch ablaufen. Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid sowie Ringerlösung mit Bikarbonat versorgen das Gewebe und stabilisieren den pH-Wert.
Wie unterscheidet sich die Ussingkammer von der Patch-Clamp-Methode? Die Patch-Clamp-Methode misst den Stromfluss durch einzelne Ionenkanäle einer isolierten Zelle. Die Ussingkammer misst den Gesamttransport durch intaktes, mehrschichtiges Gewebe und ist besser geeignet, physiologisch relevante Transportmengen zu quantifizieren. Beide Methoden ergänzen sich und werden von PerformaNat gemeinsam eingesetzt.
Für welche Gewebe wird die Ussingkammer eingesetzt? Die Ussingkammer lässt sich für verschiedene Epithelgewebe verwenden, darunter Dünndarm, Dickdarm, Pansenepithel, Harnblase und Zellkulturen. PerformaNat arbeitet vor allem mit isoliertem Pansen- und Darmgewebe von Rindern und Schafen.
Wie nutzt PerformaNat die Ussingkammer? PerformaNat nutzt die Ussingkammer, um Calcium- und Ionentransportkanäle im Pansenepithel von Rindern zu identifizieren und zu charakterisieren. Diese Ergebnisse bilden die wissenschaftliche Basis für die Forschung und Produktentwicklung von PerformaNat.
