Wie man TEER-Werte aus Widerstandsmessungen berechnet
Dies ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur TEER-Formel, zur Leerwertkorrektur, zur Normierung auf die Oberfläche und zu häufigen Fehlern, die es zu vermeiden gilt.
Schnellantwort: TEER (Ohm·cm²) = (RProbe − Rblank) × Oberfläche (cm²). Ziehen Sie den Leerwiderstand von Insert und Medium von Ihrem Probenmesswert ab und multiplizieren Sie das Ergebnis mit der Membranoberfläche in cm².
Der transepitheliale/transendotheliale elektrische Widerstand (TEER) ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Bewertung der Integrität, Konfluenz und parazellulären Permeabilität von Zellbarrieren in In-vitro-Modellen. Während TEER-Messungen als Rohwiderstandswerte in Ohm (Ω) erfasst werden, müssen diese Rohwerte für aussagekräftige Vergleiche zwischen Experimenten, Insert-Formaten und Laboren in standardisierte TEER-Einheiten (Ω·cm²) umgerechnet werden.
Dieser Leitfaden erklärt, wie Sie TEER-Werte anhand von Widerstandsmessungen genau berechnen, einschließlich der Formel, eines ausgearbeiteten Beispiels und der Vermeidung der häufigsten Fehler.
Was ist der Unterschied zwischen Widerstand und TEER?
Wenn Sie mit einem TEER-Messgerät messen, gibt das Gerät den elektrischen Widerstand (Ω) über die Zellschicht hinweg an. Rohwiderstandswerte sind jedoch nicht direkt zwischen Experimenten vergleichbar, da sie von zwei physikalischen Faktoren abhängen:
- Die Größe der Membran (Oberfläche)
- Das verwendete Insert- oder Well-Format
Das bedeutet, dass eine größere Membran immer einen höheren Widerstand aufzuweisen scheint, selbst wenn die Barriereeigenschaften biologisch identisch mit denen einer kleineren Membran sind. TEER löst dieses Problem, indem der Widerstand auf die Oberfläche normiert wird. Dadurch entsteht ein Wert, der die intrinsische Barrierequalität der Zellschicht unabhängig vom verwendeten Insert-Format widerspiegelt.
Wie lautet die Formel zur Berechnung des TEER?
Die Standardformel zur TEER-Berechnung lautet: TEER (Ω·cm²) = (Rsample − Rblank) × A
Dabei gilt:
- RProbe = Gemessener Widerstand bei vorhandenen Zellen (Ω)
- Rblank = Widerstand von Insert + Membran + Medium ohne Zellen (Ω)
- A = Membranoberfläche (cm²)
Das Ergebnis ist der TEER-Wert, ausgedrückt in Ohm-Zentimetern im Quadrat (Ω·cm²), der Standardeinheit zur Angabe und zum Vergleich der Barriereintegrität in verschiedenen Experimenten.
TEER-Werte aus dem gemessenen Widerstand berechnen
TEER-Berechnung Schritt für Schritt
Schritt 1: Leerwiderstand messen
Messen Sie vor der Aussaat der Zellen den elektrischen Widerstand von Insert, Membran und Kulturmedium allein. Dieser Ausgangswert wird als Rblank bezeichnet. Die genaue Erfassung des Leerwerts ist entscheidend. Wird dieser Schritt übersprungen, führt dies zu künstlich erhöhten TEER-Werten.
Schritt 2: Probenwiderstand messen
Sobald Ihre Zellen einen konfluenten Monolayer gebildet haben, messen Sie den Widerstand des zellbedeckten Inserts unter denselben Bedingungen wie beim Leerwert. Dadurch erhalten Sie Rsample.
Schritt 3: Leerwert abziehen
Ziehen Sie Rblank von Rsample ab, um den Widerstandsbeitrag der Zellschicht selbst zu isolieren: Korrigierter Widerstand = Rsample − Rblank
Schritt 4: Mit der Oberfläche multiplizieren
Multiplizieren Sie den korrigierten Widerstand mit der Membranoberfläche (in cm²), um die Insert-Größe zu normalisieren. Dieser letzte Schritt wandelt die Rohdifferenz des Widerstands in einen standardisierten TEER-Wert um.
Beispiel für eine TEER-Berechnung
Bei Verwendung eines 12-Well-Inserts mit einer Oberfläche von 1.12 cm²:
- RProbe = 1200 Ω
- Rblank = 200 Ω
- Oberfläche = 1.12 cm²
TEER = (1200 − 200) × 1.12 = 1000 × 1.12 = 1120 Ω·cm²
Ein TEER von 1120 Ω·cm² entspricht bei vielen in-vitro-Schrankenmodellen einem gut ausgebildeten epithelialen Monolayer. Vergleichen Sie Ihre Werte stets mit etablierten Referenzbereichen für Ihren spezifischen Zelltyp.
Warum wird der TEER anhand der Oberfläche normalisiert?
Unterschiedliche Insert-Formate haben unterschiedliche Wachstumsflächen. Ohne Normalisierung können Widerstandswerte verschiedener Insert-Größen nicht verglichen werden. Eine größere Membran weist allein aufgrund ihrer Größe physikalisch einen höheren Widerstand auf, nicht aufgrund einer stärkeren Barrierefunktion.
Im Folgenden sind gängige Oberflächen von Inserts im Transwell®-Stil dargestellt:
| Insert-Format | Ungefähre Oberfläche (cm²) | Typische Verwendung |
| 6-Well-Insert | 4.67 cm² | Assays im großen Maßstab, Western Blot |
| 12-Well-Insert | 1.12 cm² | Standard-TEER-Messung |
| 24-Well-Insert | 0.33 cm² | Screening mit hohem Durchsatz |
| 96-Well-Insert | 0.07 cm² | Automatisiert / mit hohem Durchsatz |
Bestätigen Sie stets die vom Hersteller angegebene Oberfläche für Ihren spezifischen Insert. Selbst Inserts im gleichen Well-Format können sich je nach Anbieter unterscheiden.
So interpretieren Sie Ihre TEER-Ergebnisse
TEER-Werte variieren je nach Zelltyp, Kulturbedingungen und verwendetem in-vitro-Modell erheblich. Es gibt keinen universellen Schwellenwert, der für alle Systeme gilt. Dennoch werden in der Literatur häufig einige allgemeine Referenzbereiche angegeben:
| Schrankenmodell | Typischer TEER (Ω·cm²) | Hinweise |
| In vivo (Ratte) Blut-Hirn-Schranke | ~5900 | Physiologischer oberer Referenzwert1 |
| Standard-in-vitro-Blut-Hirn-Schrankenmodell | ~100–300 | Primäre oder immortalisierten Endothelzellschichten2-3 |
| Fortschrittliches, aus iPSCs abgeleitetes Blut-Hirn-Schrankenmodell | bis zu ~4000 | Mit Retinsäure verstärkte Kokultur4 |
| Durchlässiges Darmepithel | 50–100 | Darmähnliche Permeabilität des Dünndarms5 |
| Caco-2-Monolayer (GI) | 150–400 | Weit verbreitetes Arzneimitteltransportmodell6 |
| Bronchiale ALI-Kultur | 700–1200 | Größte Übereinstimmung mit der in vivo-Atemwegsbarriere7 |
| Calu-3-Epithelmonoschicht | ~300–600 | Häufig verwendetes In-vitro-Lungenmodell8 |
| Alveoläre Typ-II-Epithelzellen | 1000–2000+ | Modell der dichten alveolären Barriere9 |
Dies sind einige repräsentative TEER-Werte für häufig verwendete Barriere-Modelle. Die Daten wurden aus Srinivasan et al. (2015) zusammengestellt; die Messungen wurden üblicherweise mit WPI-EVOM™-Systemen mit STX-Elektroden und/oder EndOhm-Kammern durchgeführt. Weitere Werte finden Sie in der Application Note zu erwarteten TEER-Bereichen.
Bei der Interpretation des TEER sollten die Werte longitudinal (über die Zeit nach dem Aussäen) verfolgt werden, statt sich auf eine einzelne Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verlassen. Eine ansteigende TEER-Kurve, die ein Plateau erreicht, ist häufig aussagekräftiger als ein einzelner Endpunktwert.
Quellen
- Hudson N, Baker FE, Stewart CP et al. Messung des transkapillären elektrischen Widerstands in der lebenden Mikrovaskulatur des Rattenhirns. Microvasc Res. 1992. (Srinivasan Ref. 49)
- Weksler B, Romero IA, Couraud PO. Das humane Blut-Hirn-Schrankenmodell hCMEC/D3. Fluids Barriers CNS. 2013. (Srinivasan Ref. 54)
- Raub TJ. In-vitro-Modelle des endothelialen Widerstands der Blut-Hirn-Schranke. In: Pharmaceutical Applications of Cell and Tissue Culture to Drug Transport. Springer. 1990. (Repräsentativer In-vitro-Bereich der Blut-Hirn-Schranke)
- Lippmann ES et al. Aus iPSCs abgeleitetes Blut-Hirn-Schrankenmodell mit Retinsäure; TEER bis zu 4000 Ω·cm². Fluids Barriers CNS. 2012. (Srinivasan Ref. 53)
- Anderson JM, Van Itallie CM. Permeabilität von Tight Junctions in gastrointestinalen Epithelien. Am J Physiol. 1995. (Srinivasan Ref. 74)
- Hidalgo IJ, Raub TJ, Borchardt RT. Caco-2 als Referenzmodell für die intestinale Permeabilität. Gastroenterology. 1989. (Srinivasan Ref. 32)
- Ehrhardt C et al. TEER des menschlichen trachealen/bronchialen ALI-Modells: 700–1200, gemessen mit EVOM/STX2. Cell Tissue Res. 2002. (Srinivasan Ref. 83)
- Mathias NR et al. TEER von Calu-3: 300–600, gemessen mit EVOM/STX2. Pharm Res. 2002. (Srinivasan Ref. 96)
- Horie M et al. TEER von menschlichen alveolären Typ-II-Epithelzellen: 1000–2000, gemessen mit EVOM. J Toxicol Sci. 2012. (Srinivasan Ref. 106)
Welche häufigen Fehler treten bei der Berechnung des TEER auf?
❌ Blindwertmessung überspringen
Der häufigste Fehler bei TEER-Messungen besteht darin, Rblank vor dem Aussäen der Zellen nicht zu messen. Ohne das Hintergrundrauschen des Membran- und Medienwiderstands abzuziehen, wird der berechnete TEER-Wert künstlich erhöht und ist nicht mit anderen Experimenten vergleichbar, bei denen eine Blindwertkorrektur angewendet wurde.
❌ Verwendung der falschen Oberfläche
Always verify the membrane surface area from your insert manufacturer's documentation. Do not assume values from memory or from a different supplier's product. Even minor discrepancies in surface area will carry through into your final TEER calculation.
Überprüfen Sie immer die Membranoberfläche anhand der Dokumentation des Insert-Herstellers. Gehen Sie nicht von Werten aus dem Gedächtnis oder von einem Produkt eines anderen Anbieters aus. Selbst geringfügige Abweichungen bei der Oberfläche fließen in Ihre endgültige TEER-Berechnung ein.
Rohwiderstandswerte (Ω) sind nur innerhalb eines einzelnen experimentellen Kontexts gültig. Vergleichen Sie Widerstandswerte niemals zwischen verschiedenen Insert-Formaten, Laboren oder Messsystemen, ohne sie zuvor in normierten TEER (Ω·cm²) umzurechnen.
❌ Uneinheitliche Messbedingungen
TEER-Messwerte reagieren empfindlich auf Temperatur, Medienzusammensetzung, Elektrodenplatzierung und Äquilibrierungszeit. Messungen mit kaltem Medium direkt aus dem Kühlschrank oder mit uneinheitlich positionierten Elektroden führen zu Variabilität, die nichts mit der Barrierebiologie zu tun hat. Standardisieren Sie Ihr Protokoll und lassen Sie das Medium vor der Messung auf 37 °C äquilibrieren.
❌ Medium vor der Messung nicht äquilibriert
Neben der Temperatur beeinflusst auch die ionische Zusammensetzung des Mediums die Leitfähigkeit. Die Verwendung von frischem Medium aus einer anderen Charge oder von Medium, das unterschiedlich lange mit CO₂ äquilibriert wurde, kann die Widerstandswerte der Basislinie verschieben und Ihre Ergebnisse verfälschen. Verwenden Sie für Leerwerte und Proben dieselbe Mediumcharge und dasselbe Äquilibrierungsprotokoll.
Wie moderne TEER-Systeme die Zuverlässigkeit von Daten verbessern
Die Genauigkeit jeder TEER-Berechnung hängt direkt von der Qualität der zugrunde liegenden Widerstandsmessungen ab. Moderne TEER-Instrumente sind darauf ausgelegt, die oben beschriebenen Variabilitätsquellen zu reduzieren.
Instrumente wie der EVOM™ Manual liefern stabile, rauscharme Widerstandsmessungen und unterstützen eine gleichbleibende Positionierung der Elektroden. Dadurch wird sichergestellt, dass Ihre RProbe und Rblank Messungen sind zuverlässige Ausgangspunkte für die Berechnung.
Für Anwendungen mit höherem Durchsatz, etwa beim Screening von Substanzen oder bei Langzeitstudien zur Integrität der Barriere, können automatisierte Systeme wie der EVOM™ Auto die Erfassung von TEER-Daten weiter optimieren, indem sie die Variabilität durch die manuelle Handhabung der Elektroden beseitigen und parallele Messungen in mehreren Wells ermöglichen.
Häufig gestellte Fragen zu TEER
Welcher TEER-Wert ist für eine Zellmonoschicht gut?
Das hängt vom Zelltyp ab. Caco-2-Darmzellen erreichen bei Konfluenz typischerweise 200–400 Ω·cm², während Modelle der Blut-Hirn-Schranke wie hCMEC/D3 Werte von nur 20–40 Ω·cm² aufweisen können. Vergleichen Sie die Werte immer mit veröffentlichten Referenzbereichen, die für Ihre Zelllinie und Ihr Modellsystem spezifisch sind.
Kann TEER ohne eine Leerwertmessung berechnet werden?
Technisch gesehen ja, in der Praxis sollte dies jedoch niemals getan werden. Ohne Abzug der Blindmessung enthält Ihr TEER-Wert den Widerstand der Membran und des Mediums und nicht nur den der Zellschicht. Dadurch werden die Ergebnisse überhöht und aussagekräftige Vergleiche unmöglich. Messen Sie Rblank immer vor der Aussaat der Zellen.
In welchen Einheiten wird TEER angegeben?
TEER wird in Ohm-Zentimeter zum Quadrat (Ω·cm²) angegeben. Die Rohmesswerte des Instruments werden in Ohm (Ω) angegeben. Die Umrechnung in Ω·cm² ermöglicht den Vergleich zwischen verschiedenen Insert-Formaten und Versuchssystemen.
Was ist der Unterschied zwischen TEER und Widerstand?
Der Widerstand (Ω) ist die elektrische Rohmessung des Instruments und hängt sowohl von der Barrierequalität als auch von der physischen Größe der Membran ab. TEER (Ω·cm²) normalisiert den Widerstand auf die Membranfläche und ist damit ein größenunabhängiges Maß für die Barriereintegrität, das format- und laborübergreifend verglichen werden kann.
Welche Instrumente werden zur Messung von TEER verwendet?
Die am häufigsten zur Messung von TEER in der In-vitro-Zellkultur eingesetzten Instrumente sind auf Volt-Ohmmetern basierende Systeme wie die EVOM™-Serie (World Precision Instruments), Chopstick-Elektroden für manuelle Messungen und automatisierte TEER-Plattformen für Multiwell-Formate. Die Wahl des Instruments beeinflusst die Konsistenz der Elektrodenposition und die Reproduzierbarkeit der Messungen.
Wie häufig sollte TEER gemessen werden?
Die Messhäufigkeit hängt von Ihrem Versuchsdesign ab. Bei Studien zur Barrierebildung sind tägliche Messungen von der Aussaat bis zur Konfluenz üblich. Bei Endpunkt-Assays kann eine einzelne Messung vor und nach der Behandlung ausreichen. Eine longitudinale Überwachung liefert typischerweise besser interpretierbare Daten als eine einzelne Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt.
Zusammenfassung
Eine genaue TEER-Berechnung erfordert drei Dinge: eine zuverlässige Blindmessung, die korrekte Membranoberfläche und konstante Messbedingungen. Die Formel ist unkompliziert, aber die Qualität Ihres Ergebnisses hängt vollständig von der Sorgfalt ab, die bei jedem Schritt angewendet wird.
- TEER normalisiert den Widerstand auf die Membranoberfläche (Ω·cm²)
- Subtrahieren Sie immer Rblank bevor Sie die Formel anwenden
- Verwenden Sie die vom Hersteller bestätigte Oberfläche für Ihren spezifischen Insert
- Standardisieren Sie Temperatur, Medium und Elektrodenposition bei allen Messungen
- Geben Sie die Ergebnisse in Ω·cm² an, um aussagekräftige Vergleiche zwischen Experimenten zu ermöglichen
Eine genaue TEER-Berechnung ist grundlegend für die Interpretation von Daten zur Barrierefunktion sowie für die Erzeugung von Ergebnissen, denen man vertrauen, die reproduziert und mit Zuversicht veröffentlicht werden können.
