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Zelluntersuchungen Interview: Neues Mikroskopiesystem erlaubt bessere Zelluntersuchungen

Autor / Redakteur: Das Gespräch führte LP-Chefredakteur Marc Platthaus / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Beim Arbeiten mit Zellen sind Mikroskope essenzielle Werkzeuge. Wie Zellen am Fraunhofer-Institut in Aachen manipuliert werden, erklärt Fraunhofer-IPT-Gruppenleiter Stephan Stürwald im LP-Exklusivinterview.

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„Mit dem System ist es möglich, automatisiert Zellen gewünschter Größe in vorher definierten Abständen oder Mustern zu platzieren“, sagt Stephan Stürwald, Gruppenleiter Mikro- und Nanometrologie, Abteilung Produktionsmesstechnik am Fraunhofer IPT.
„Mit dem System ist es möglich, automatisiert Zellen gewünschter Größe in vorher definierten Abständen oder Mustern zu platzieren“, sagt Stephan Stürwald, Gruppenleiter Mikro- und Nanometrologie, Abteilung Produktionsmesstechnik am Fraunhofer IPT.
(Bild: Fraunhofer IPT)

LABORPRAXIS: Herr Stürwald, für den Test neuer Wirkstoffe und Medikamente untersuchen die Forscher die Reaktionen von Zellen auf diese Substanzen. Wie wird das üblicherweise durchgeführt, und welche Problematik ergibt sich durch den Versuchsaufbau?

Stephan Stürwald: Für die Untersuchungen an biologischen Zellen in vitro werden diese häufig in spezielle transparente sog. Floatchambers mit ihrer Nährlösung hineintransportiert. Sind die Zellen adhärent, haften also am Boden, so muss sich der Wissenschaftler mit der zufälligen Verteilung der Zellen arrangieren und muss entsprechend Bereiche des Zellbodens auswählen, die ungefähr der gewünschten Verteilung nahe kommen. Insbesondere bei Langzeituntersuchungen werden die Zellen mit Nährlösung umflossen, welche je nach Untersuchung zeitweise oder konstant mit einem Wirkstoff versetzt wird. Die Zelldichte in einem Bereich beeinflusst aber die Wirkung der Substanz, ebenso ein ggf. auch bewusst herbeigeführter Zelltod z.B. an Krebszellen. Zudem ist eine Bestimmung des räumlichen Wirkungsradius von gezielt eingebrachten Substanzen oder auch von anderen Zellen abgesonderten Substanzen häufig nicht genau bestimmbar oder die Experimente sind nicht hinreichend präzise reproduzierbar. Umfangreiche Serien von Experimenten sind daher oft die Folge. Im Falle von nicht adhärenten Zellen oder auch Viren erfolgt bereits vereinzelt eine gezielte Platzierung in sehr kleinen mikrofluidischen Haltestrukturen. Dies gelingt mittels einer optischen Pinzette, damit die Zellen nicht mehr vom umfließenden Medium wegtransportiert werden. Solche Prozesse erfolgen allerdings bislang manuell.

LABORPRAXIS: Welche Rolle spielt die Statistik hierbei?

Stürwald:: Sind die Versuchsbedingungen weniger genau reproduzierbar und wiederholbar, so muss dies üblicherweise mit einer hohen Anzahl an Experimenten kompensiert werden. Je nach Streuung der Messwerte erforderlicher, statistischer Sicherheit kann dies in vielen Fällen schnell eine Serie von 30 bis 50 Experimenten übersteigen. Kommen bereits optische Pinzetten zum Einsatz, so sind unter Umständen weniger Experimente notwendig aufgrund einer besseren Reproduzierbarkeit, jedoch müssen die optischen Pinzetten üblicherweise manuell bedient werden. Für eine Automatisierung können dabei teilweise Bildverabeitungsalgorithmen zum Einsatz kommen, welche die Zellpositionen erfassen, damit ggf. im Zentrum der Zelle automatisiert eine optische Pinzette platziert wird und die Zelle dann an einer vordefinierten Stelle abgelegt wird. Nur sind derartige Herangehensweisen lediglich eingeschränkt nutzbar, da über Bildverarbeitung nur die laterale Zellposition bestimmt werden kann, die Positionierung der optischen Pinzette aber auch einer präzisen axialen Information bedarf.

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