Wie man TEER-Werte aus Widerstandsmessungen berechnet

Dies ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur TEER-Formel, Blank-Korrektur, Flächen-Normalisierung und häufigen Fehlern, die vermieden werden sollten.

Kurze Antwort: TEER (Ohm·cm²) = (R_sample − R_blank) × Oberfläche (cm²). Ziehen Sie den Blankwiderstand Ihres Inserts und Mediums von Ihrem Probenwert ab und multiplizieren Sie dann mit der Membranoberfläche in cm².

Trans-epitheliale/endotheliale elektrische Resistenz (TEER) ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden zur Bewertung der Zellbarriereintegrität, Konfluenz und parazellulären Permeabilität in In-vitro-Modellen. Während TEER-Messungen als Rohwiderstandswerte in Ohm (Ω) erfasst werden, erfordert ein sinnvoller Vergleich zwischen Experimenten, Insert-Formaten und Laboren die Umrechnung dieser Rohwerte in standardisierte TEER-Einheiten (Ω·cm²).
Diese Anleitung erklärt, wie man TEER-Werte aus Widerstandsmessungen genau berechnet, einschließlich der Formel, eines Beispielrechnungs und wie man die häufigsten Fehler vermeidet.

Was ist der Unterschied zwischen Widerstand und TEER?

Wenn Sie mit einem TEER-Gerät messen, gibt das Gerät den elektrischen Widerstand (Ω) über die Zellschicht an. Rohwerte des Widerstands sind jedoch nicht direkt 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 aufweist, selbst wenn die Barriereeigenschaften biologisch identisch mit einer kleineren Membran sind. TEER löst dieses Problem, indem der Widerstand auf die Oberfläche normiert wird und so ein Wert entsteht, der die intrinsische Barrierequalität der Zellschicht unabhängig vom verwendeten Insert-Format widerspiegelt.

Wie lautet die Formel zur Berechnung von TEER?

Die Standardformel zur TEER-Berechnung lautet: TEER (Ω·cm²) = (R_sample − R_blank) × A

Wo:

• R_sample = gemessener Widerstand mit Zellen (Ω)
  
• R_blank = Widerstand des Inserts + Membran + Medium ohne Zellen (Ω)
  
• A = Membranoberfläche (cm²)

Das Ergebnis ist TEER, ausgedrückt in Ohm-Quadratzentimetern (Ω·cm²), der Standard-Einheit zur Berichterstattung und zum Vergleich der Barriereintegrität zwischen Experimenten.

Schritt-für-Schritt TEER-Berechnung

Schritt 1: Messen Sie den Blankwiderstand
Messen Sie vor dem Aussäen der Zellen den elektrischen Widerstand des Inserts, der Membran und des Kulturmediums allein. Dieser Basiswert wird R_blank genannt. Eine genaue Erfassung des Blankwerts ist entscheidend, und das Überspringen dieses Schritts führt zu künstlich erhöhten TEER-Werten.
Schritt 2: Messen Sie den Probenwiderstand
Sobald Ihre Zellen eine konfluente Monolayer gebildet haben, messen Sie den Widerstand des zellbedeckten Einsatzes unter den gleichen Bedingungen wie für den Leerwert. Dies ergibt R_sample.
Schritt 3: Leerwert subtrahieren
Subtrahieren Sie R_blank von R_sample, um den Widerstandsbeitrag der Zellschicht selbst zu isolieren: Korrigierter Widerstand = R_sample − R_blank
Schritt 4: Mit Oberfläche multiplizieren
Multiplizieren Sie den korrigierten Widerstand mit der Membranoberfläche (in cm²), um für die Einsatzgröße zu normalisieren. Dieser letzte Schritt wandelt die rohe Widerstandsdifferenz in einen standardisierten TEER-Wert um.

Beispiel für TEER-Berechnung

Verwendung eines 12-Well-Einsatzes mit einer Oberfläche von 1,12 cm²:

• R_sample = 1200 Ω
  
• R_blank = 200 Ω
  
• Oberfläche = 1,12 cm²

TEER = (1200 − 200) × 1,12 = 1000 × 1,12 = 1120 Ω·cm²

Ein TEER von 1120 Ω·cm² entspricht einer gut ausgebildeten epithelialen Monolayer in vielen in vitro Barriere-Modellen. Vergleichen Sie Ihre Werte stets mit etablierten Referenzbereichen für Ihren spezifischen Zelltyp.

Warum normalisieren Sie TEER nach Oberfläche?
Verschiedene Einsatzformate haben unterschiedliche Wachstumsflächen. Ohne Normalisierung können Widerstandswerte von Einsätzen unterschiedlicher Größe nicht verglichen werden. Eine größere Membran zeigt physikalisch mehr Widerstand allein aufgrund ihrer Größe, nicht wegen einer stärkeren Barrierefunktion.
Gängige Transwell®-ähnliche Einsatzoberflächen sind unten aufgeführt:

Bestätigen Sie stets die vom Hersteller angegebene Oberfläche für Ihren spezifischen Einsatz. Selbst Einsätze im gleichen Well-Format können zwischen Lieferanten variieren.

Wie Sie Ihre TEER-Ergebnisse interpretieren

TEER-Werte variieren stark je nach Zelltyp, Kulturbedingungen und verwendetem in vitro Modell. Es gibt keine universelle Schwelle, die für alle Systeme gilt. Dennoch werden einige allgemeine Referenzbereiche häufig in der Literatur zitiert:

Dies sind einige repräsentative TEER-Werte für häufig verwendete Barriere-Modelle. Daten zusammengestellt aus Srinivasan et al. (2015); Messungen werden üblicherweise mit WPI EVOM™-Systemen mit STX-Elektroden und/oder EndOhm-Kammern durchgeführt. Weitere Werte finden Sie in der Anwendungshinweis zu erwarteten TEER-Bereichen.
Bei der Interpretation von TEER sollten Sie Werte longitudinal verfolgen (über die Zeit nach dem Aussäen) anstatt sich auf eine einzelne Zeitpunktsmessung zu verlassen. Eine ansteigende TEER-Kurve, die sich abflacht, ist oft aussagekräftiger als ein einzelner Endpunktwert.

Literaturverzeichnis

1.    Hudson N, Baker FE, Stewart CP, et al. Messung des transkapillären elektrischen Widerstands in der Mikrovaskulatur des lebenden Rattengehirns. Microvasc Res. 1992. (Srinivasan Ref 49) 
2.    Weksler B, Romero IA, Couraud PO. Das hCMEC/D3 menschliche BBB-Modell. Fluids Barriers CNS. 2013. (Srinivasan Ref 54) 
3.    Raub TJ. In-vitro-BBB-Endothelwiderstandsmodelle. In: Pharmaceutical Applications of Cell and Tissue Culture to Drug Transport. Springer. 1990. (Repräsentativer in-vitro-BBB-Bereich) 
4.    Lippmann ES et al. iPSC-abgeleitetes BBB-Modell mit Retinsäure; TEER bis zu 4000 Ω·cm². Fluids Barriers CNS. 2012. (Srinivasan Ref 53)
5.    Anderson JM, Van Itallie CM. Tight-Junction-Permeabilität in GI-Epithelien. Am J Physiol. 1995. (Srinivasan Ref 74) 
6.    Hidalgo IJ, Raub TJ, Borchardt RT. Caco-2 als Benchmark für intestinale Permeabilität. Gastroenterology. 1989. (Srinivasan Ref 32) 
7.    Ehrhardt C et al. Menschlicher trachealer/bronchialer ALI-TEER 700–1200 gemessen mit EVOM/STX2. Cell Tissue Res. 2002. (Srinivasan Ref 83) 
8.    Mathias NR et al. Calu-3 TEER 300–600 gemessen mit EVOM/STX2. Pharm Res. 2002. (Srinivasan Ref 96) 
9.    Horie M et al. Menschlicher alveolärer Typ-II-Epithel-TEER 1000–2000 gemessen mit EVOM. J Toxicol Sci. 2012. (Srinivasan Ref 106) 

Was sind häufige Fehler bei der Berechnung von TEER?

❌ Auslassen der Blankomessung
Das Versäumnis, R_blank vor dem Aussäen der Zellen zu messen, ist der häufigste Fehler bei TEER-Arbeitsabläufen. Ohne die Hintergrundresistenz der Membran und des Mediums abzuziehen, wird Ihr berechneter TEER künstlich erhöht – und ist nicht mit anderen Experimenten vergleichbar, bei denen eine Blankokorrektur angewendet wurde.
❌ Verwendung der falschen Oberfläche
Überprüfen Sie immer die Membranoberfläche anhand der Dokumentation Ihres Insert-Herstellers. Verlassen Sie sich nicht auf Werte aus dem Gedächtnis oder von Produkten anderer Anbieter. Selbst kleine Abweichungen in der Oberfläche wirken sich auf Ihre endgültige TEER-Berechnung aus.
❌ Vergleich von Rohwiderständen über Experimente hinweg
Rohwiderstandswerte (Ω) sind nur innerhalb eines einzelnen experimentellen Kontexts gültig. Vergleichen Sie Widerstandswerte niemals über verschiedene Insertformate, Labore oder Messsysteme hinweg, ohne zuerst auf normalisierten TEER (Ω·cm²) umzurechnen.
❌ Inkonsistente Messbedingungen
TEER-Messwerte sind empfindlich gegenüber Temperatur, Mediumzusammensetzung, Elektrodenplatzierung und Ausgleichszeit. Messungen mit kaltem Medium direkt aus dem Kühlschrank oder mit inkonsistent 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 ausgleichen.
❌ Kein Ausgleichen des Mediums vor der Messung
Neben der Temperatur beeinflusst die ionische Zusammensetzung des Mediums die Leitfähigkeit. Die Verwendung von frischem Medium aus einer anderen Charge oder von Medium, das unterschiedlich lange CO₂-ausgeglichen wurde, kann die Basiswiderstandswerte verschieben und Ihre Ergebnisse verfälschen. Verwenden Sie für Leerwerte und Proben stets dieselbe Mediumcharge und dasselbe Ausgleichsprotokoll.

Wie moderne TEER-Systeme die Datenzuverlässigkeit 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 das EVOM™ Manual liefern stabile, rauscharme Widerstandsmessungen und unterstützen eine konsistente Elektrodenpositionierung, was dazu beiträgt, dass Ihre R_sample- und R_blank-Messungen zuverlässige Ausgangspunkte für die Berechnung sind.
Für Workflows mit höherem Durchsatz, wie z. B. Wirkstoffscreenings oder longitudinale Studien zur Barriereintegrität, können automatisierte Systeme wie das EVOM™ Auto die TEER-Datenerfassung weiter optimieren, indem sie die Variabilität durch manuelle Elektrodenhandhabung eliminieren und parallele Messungen in mehreren Vertiefungen ermöglichen.

Häufig gestellte Fragen zu TEER

Was ist ein guter TEER-Wert für eine Zellmonolage?
Das hängt vom Zelltyp ab. Caco-2-Darmzellen erreichen typischerweise 200–400 Ω·cm² bei Konfluenz, während Blut-Hirn-Schranken-Modelle wie hCMEC/D3 Werte von nur 20–40 Ω·cm² anzeigen können. Vergleichen Sie immer mit veröffentlichten Referenzbereichen, die spezifisch für Ihre Zelllinie und Ihr Modellsystem sind.
Kann TEER ohne eine Leerwertmessung berechnet werden?
Technisch ja, aber in der Praxis sollte es niemals gemacht werden. Ohne Leerwertsubtraktion enthält Ihr TEER-Wert den Widerstand der Membran und des Mediums und nicht nur der Zellschicht. Dies verfälscht die Ergebnisse und macht aussagekräftige Vergleiche unmöglich. Messen Sie immer R_blank vor dem Aussäen der Zellen.
In welchen Einheiten wird TEER angegeben?
TEER wird in Ohm-Quadratzentimetern (Ω·cm²) angegeben. Rohwerte des Instruments sind in Ohm (Ω). Die Umrechnung in Ω·cm² ermöglicht den Vergleich zwischen verschiedenen Einsatzformaten und experimentellen Systemen.
Was ist der Unterschied zwischen TEER und Widerstand?
Der Widerstand (Ω) ist die rohe elektrische Messung des Instruments und hängt sowohl von der Barrierequalität als auch von der physischen Größe der Membran ab. TEER (Ω·cm²) normiert den Widerstand auf die Membranfläche und ist somit eine größenunabhängige Messgröße der Barriereintegrität, die über Formate und Labore hinweg vergleichbar ist.
Welche Instrumente werden zur Messung von TEER verwendet?
Die gebräuchlichsten Instrumente zur Messung von TEER in der in vitro Zellkultur sind voltohmmeterbasierte Systeme wie die EVOM™-Serie (World Precision Instruments), Stäbchenelektroden für manuelle Messungen und automatisierte TEER-Plattformen für Mehrfach-Well-Formate. Die Wahl des Instruments beeinflusst die Konsistenz der Elektrodenplatzierung und die Reproduzierbarkeit der Messungen.
Wie oft sollte TEER gemessen werden?
Die Messfrequenz hängt von Ihrem Versuchsdesign ab. Für Barrierebildungsstudien sind tägliche Messungen vom Aussäen bis zur Konfluenz üblich. Für Endpunkt-Assays kann eine einzelne Messung vor und nach der Behandlung ausreichen. Längsschnittüberwachung liefert in der Regel interpretierbarere Daten als eine Einzelmessung.

Zusammenfassung

Für eine genaue TEER-Berechnung sind drei Dinge erforderlich: eine verlässliche Leerwertmessung, die korrekte Membranoberfläche und konsistente Messbedingungen. Die Formel ist einfach, aber die Qualität Ihres Ergebnisses hängt vollständig von der Disziplin ab, die bei jedem Schritt angewendet wird.

• TEER normiert den Widerstand auf die Membranoberfläche (Ω·cm²)
  
• Subtrahieren Sie immer R_blank, bevor Sie die Formel anwenden
  
• Verwenden Sie die vom Hersteller bestätigte Oberfläche für Ihren spezifischen Einsatz
  
• Temperatur, Medium und Elektrodenplatzierung bei allen Messungen standardisieren
  
• Ergebnisse in Ω·cm² angeben für aussagekräftige Vergleiche zwischen Experimenten

Eine genaue TEER-Berechnung ist die Grundlage für die Interpretation von Barrierefunktionsdaten und für die Erstellung von Ergebnissen, denen vertraut, reproduziert und mit Zuversicht veröffentlicht werden kann.

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