Zelltechnologie

Kurzbeschreibung

Die Arbeitsgruppe Zelltechnologie 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; (2) Bioreaktoren für adhärent wachsende Zellen.

In der bildbasierte Zytometrie werden Zellkulturen vermittels 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) im Brutschrank automatisch ermittelt werden. Das Einsatzspektrum zytometrischer Verfahren reicht von der Vereinfachung und Standardisierung der Zellkultur-Routine, 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 Bioreaktortechnik wurde von der AG Zelltechnologie ein neuartiges kapsel-basiertes Reaktorprinzip etabliert. Die neue Methode ermöglicht einen zyklisch geführten Vermehrungs-Prozess, bei dem pro Zyklus der Zellmenge ca. verzehnfacht wird. Dadurch wurden bereits Expansionsfaktoren über 100.000 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/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 sich die Zellen unter Beibehalt ihrer biologischen Funktion vermehren. Dies ist insbesondere für die Vermehrung von Stammzellen unabdinglich.

FORSCHUNGSPROJEKTE

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 (z.B. in Geweben, Hydrogelen, sndere 3D-Zell-Aggregate). Auch Larven und kleine Tiere können mit hoher Auflösung (max. 700 nm) in ihrem nativen Zustand abgebildet werden.

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.

CarryPore

Die Vermehrung adhärent wachsender Zellen stellt nach wie vor ein ungelöstes technisches Problem dar. Seine Lösung würde in vielen Schlüsselbereichen der Bioökonomie einen Durchbruch bedeuten. Ziel eines Projektes mit dem Fraunhofer ISC ist die Entwicklung von porösen Glas-Carriern, die sich für die Zellvermehrung einsetzen lassen. Dieses neue Substrat ist nicht nur kostengünstiger als marktübliche Materialien; auch der einfache Herstellungsprozess und die Anpassung an verschiedene Zelltypen durch eine systematische Kontrolle der Prozessparameter sind ein großer Vorteil.

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