Zellprozessierung

Kurzbeschreibung

Die Arbeitsgruppe Zellprozessierung entwickelt innovative Geräte und Technologien für Zellkultur, Zellhandling und Zell-Diagnostik. Diese Entwicklungen finden in zwei Bereichen statt: (1) Geräte und Software für bildbasierte Zytometrie und Zelltracking, (2) Bioreaktoren für die Vermehrung und Kultivierung adhärent wachsender Zellen.

In der bildbasierten Zytometrie werden Zellkulturen mittels softwarebasierter Auswertung von mikroskopischen Zellbildern und Bildfolgen quantitativ analysiert. Die Methode ermöglicht es, viele Tausende von Zellen in Echtzeit zu vermessen. Es können sowohl statische Parameter (Zellform, Zellgröße, Zellanzahl) als auch dynamische Parameter (Bewegungsanalyse, Zellteilungen) automatisiert ermittelt werden. Das Einsatzspektrum zytometrischer Verfahren reicht von der Vereinfachung und Standardisierung der Zellkultur-Routine (Zellzahl- oder Konfluenzmessung), über die Entwicklung neuer zellbasierter Assays bis zu neuen Verfahren für die In-vitro-Diagnostik, bzw. für den Ersatz von Tierversuchen in der Pharma- und Kosmetik-Industrie.

Im Bereich Zellvermehrung wurde von der Arbeitsgruppe Zelltechnologie ein neuartiges Hydrogel-basiertes Reaktorprinzip etabliert. Die Methode ermöglicht einen zyklisch geführten Vermehrungs-Prozess, bei dem pro Zyklus die Zellmenge um ca. 1 bis 2 Grössenordnungen vermehrt wird. Dadurch wurden bereits Expansionsfaktoren über 100.000 innerhalb von 3 Wochen in einem Reaktorgefäss realisiert. Das Prinzip hierbei beruht auf der Verkapselung von Zellen in einem Hydrogel, in dem die Zellen wachsen können; nachdem die Kapsel mit Zellen gefüllt ist, kann das Kapselmaterial aufgelöst werden und die Zellsuspension steht für einen weiteren Verkapselungszyklus zur Verfügung.

Das Verfahren bietet viele Vorteile. Zum einen entfallen die Schritte der Inokulation und Zellernte völlig und werden durch die Prozesse des Verkapselns bzw. Kapselauflösens ersetzt. Sodann kann der Reaktor auch bei kleinen Start-Zellzahlen bereits in seiner Endgröße betrieben werden. Die Zellen sind im Innern der Kapseln mechanisch geschützt. Der Schutz vor Scher- und Prallkräften ermöglicht neben besseren Überlebensraten auch höhere Strömungsgeschwindigkeiten, was wiederum dichtere Zellkulturen gestattet. Schließlich wachsen die Zellen in einer dreidimensionalen Umgebung, in der sie sich unter Beibehalt ihrer biologischen Funktion vermehren. Dies ist insbesondere für die Vermehrung von Stammzellen unabdinglich.

FORSCHUNGSPROJEKTE

 

KILL Asthma

Die Fraunhofer EMB verfolgt zusammen mit ihren Partnern, der Lübecker Firma Pattern Recognition Company und der Kieler Firma raytrix einen innovativen Ansatz, der über die Analyse von Blutzellen das Risiko eines Patienten einschätzt, an Asthma erkrankt zu sein. Ziel ist ein diagnostisches Verfahren, das schnell und einfach eingesetzt werden kann, um sowohl die Krankheit zu diagnostizieren, als auch die Therapie zu überwachen.

 

Röntgenmikroskopie biologischer Proben

Die EMB verfügt über ein leistungsfähiges Röntgenmikroskop, um biologische Proben dreidimensional abzubilden. Es kann genutzt werden, um makroskopische - auch undurchsichtige - Proben mit zellulärer Auflösung darzustellen und zu untersuchen. Diese Technik kann überall eingesetzt werden, wo die dreidimensionale Anordnung von Zellen aufgeklärt werden soll.

 

Qualitätskontrolle zellbasierter Therapeutika

In einem Kooperationsprojekt aus mehreren Unternehmen und Forschungseinrichtungen, welches durch die Fördermaßnahme „KMU-NetC“ unterstützt wird, entwickelt die AG neue Verfahren zur Qualitätskontrolle zellbasierter Therapeutika.

Entwicklung Zellscanner

Die AG entwickelt ein „Zellscanner“ genanntes miniaturisiertes Mikroskop, das im Brutschrank online aus Zellbildern Daten über Zellkulturen ermittelt und an den Anwender funkt. Das Mikroskop ist sehr einfach aufgebaut und deshalb wartungsfrei und auch mit überschaubaren Kosten parallelisierbar. Die Bildauswertung geschieht vermittels in house-entwickelter Algorithmen und ermittelt Parameter wie z.B. Zellzahl, Konfluenz, Teilungszeit-Verteilungen und migratorischer Index. Der Zellscanner wird auch bei der Entwicklung neuer Testsysteme und Diagnoseverfahren eingesetzt und modifiziert.

Publikationen