Technologie

Zellkulturen kontaktfrei fertigen

12.02.2021 - Laser und Mikroskope für eine schonende Selektion von Zellkulturen.

Die Herstellung von Zell­kulturen erfordert viele Arbeitsschritte, in denen die Zellkulturen sortiert oder isoliert werden. Das medizinische Fach­personal muss jeden einzelnen Zellkultur­träger manuell pipettieren und ungeeignetes oder kontaminiertes Material aussortieren. Die Zellen unterliegen dabei einer mechanischen Belastung, die ihr Wachstum- und Entwicklungs­verhalten beeinträchtigen kann. Ein schonenderes, auto­matisiertes Verfahren entwickeln jetzt das Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT im Fraunhofer-internen Projekt „Liftoscope“.

Dafür wird der Zell­kulturträger zunächst von einem automatisierten High-Speed-Mikroskop vollständig gescannt. Bereits während der Aufnahme prüft das Gerät anhand speziell entwickelter Bild­verarbeitungs­algorithmen, welche Zellarten sich in den jeweiligen Kulturen entwickelt haben. Damit nur geeignetes Zellmaterial weiter vermehrt wird, setzen die Forscher auf die Technologie des laser­induzierten Vorwärts­transfers, kurz LIFT: Die Kulturen wachsen auf dem Zellkultur­träger bereits in einem speziellen Hydrogel. Ein Laser unterhalb des Trägers erzeugt unter den ausge­wählten Zellen eine geringe Menge an Wärmeenergie. Durch den Impuls dehnt sich das Gel kurz aus und überträgt die Zellen auf einen darüber liegenden Zell­kulturträger, auf dem sie dann nach der Auswahl weiter kultiviert werden.

Sowohl das High-Speed-Mikroskop als auch das LIFT-Verfahren haben die beiden benach­barten Institute in den vergangenen Jahren zunächst unabhängig voneinander entwickelt. Indem die Aachener Forscher nun beide Technologien kombinieren, entsteht daraus ein völlig neues, modular einsetzbares System, um Zellkulturen automatisiert und schonend zu selektieren. Die Kombination aus Mikroskop und LIFT-Verfahren zur automatisierten und kontakt­freien Herstellung von Zell­kulturen kann sowohl autark als auch integriert in eine automatisierte Labor­umgebung genutzt werden. „Mit dem Liftoscope-Modul lassen sich nicht nur einzelne Arbeits­schritte automatisieren, sondern auch bereits teilweises automatisierte Labor­umgebungen erweitern. Das medizinische Personal wird dadurch von den manuellen Tätig­keiten entlastet und kann sich komplexeren Aufgaben widmen. Die Präzision wird erhöht und die einzelnen Prozesse effizienter und zell­schonender ausgeführt“, sagt Richard Lensing vom Fraunhofer ILT.

Eine vollständig auto­matisierte Labor­umgebung hat das Fraunhofer IPT bereits mit dem Projekt „StemCellFactory“ geschaffen. Dort können automatisierte Verfahren bereits genutzt werden, um die Wirksam­keit unter­schiedlicher Medikamente zu testen oder Zellen zu kultivieren. „Die StemCellFactory eignet sich hervorragend, um auch die Ergebnisse aus dem Projekt Liftoscope zu inte­grieren. So können wir die Herstellungs­prozesse von Zellmaterial noch einfacher und effizienter gestalten“, sagt Tobias Piotrowski, der das Projekt am Fraunhofer IPT leitet.

Fh.-IPT / JOL

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