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Zellseparation Wie funktioniert Zellseparation im Labormaßstab?

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Filtermedien mit Porengrößen im Mikro- und Nanometerbereich ermöglichen unter anderem die schonende Zellseparation aus Blut. In einem interdisziplinären Projekt der TU Chemnitz wurden bereits mehrere Prototypen entwickelt. Worauf es bei der Zellseparation im Labormaßstab ankommt, beantworten Dr. Sandra Kaminski und Andreas Morschhauser im LP-Interview.

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1 Blick durch das Lichtmikroskop: In diesem Mikrosieb mit integrierter Stützstruktur sind die kreisrunden Poren gut zu erkennen (Durchmesser: 70 Mikrometer).
1 Blick durch das Lichtmikroskop: In diesem Mikrosieb mit integrierter Stützstruktur sind die kreisrunden Poren gut zu erkennen (Durchmesser: 70 Mikrometer).
( Bild: Professur Physikalische Chemie/Doreen Wachner )

LaborPraxis: Die Zellseparation ist ein zuverlässiges und schonendes Verfahren, um aus Blut Zellen (z.B. Blutkörperchen) abzutrennen. Bitte beschreiben Sie unseren Lesern die Methodik genauer.

Morschhauser: Die Zellseparation beschreibt ein großes Gebiet in der Bioverfahrenstechnik, bei dem Zellen nach verschiedenen Kriterien von anderen Zellen oder nicht-zellulären Bestandteilen getrennt werden. Als Sortierkriterium werden dabei verschiedene Eigenschaften der Zellen ausgenutzt: so können Zellen nach ihrer Größe, nach magnetischen oder auch nach optischen Eigenschaften voneinander unterschieden werden. Bei der Plasmaseparation handelt es sich um ein Teilgebiet der Zellseparation, bei dem zelluläre Blutbestandteile von flüssigem Blutplasma getrennt werden. Für große Blutmengen werden heutzutage Zentrifugation, also eine Trennung mittels verschiedener Dichten, oder so genannte Plasmamembranen verwendet. Nachteile dieser Verfahren sind in unseren Augen die großen Volumina an Probe, die für die Trennung benötigt bzw. verbraucht werden und damit für spätere Analysen nicht zur Verfügung stehen.

LaborPraxis: Für große Mengen Blut ist die Zellseparation bereits Standard. Sie arbeiten nun an neuartigen Filtermedien mit Porengrößen im Mikro- und Nanometerbereich. Welchen besonderen Herausforderungen müssen Sie sich hierbei stellen?

Morschhauser: Beim Wechsel von großen zu kleinen Volumina kommt der Wechselwirkung von Probe und Filteroberfläche eine immer größere Rolle zu. Ein zusätzliches Optimierungskriterium ist das Totvolumen eines Filters, das heißt der Teil der Probe, der im Filter verbleibt. Durch die kleinen Querschnitte der Poren wird zudem der Widerstand, dem sie einem Durchfluss entgegensetzen, schnell enorm groß. Dies birgt Gefahren für die Unversehrtheit der Zellen. Die Verwendung von Mikro- und Nanoporen für die Zellseparation ist so nur bei einer großen Porosität des Filters sinnvoll. Für unsere Forschungsarbeit zur Entwicklung neuartiger Filtermedien im Mikro- und Nanometerbereich ist das Erreichen eines Optimums aus kleinen Poren, geringem Fließwiderstand und geringem Totvolumen eines der zentralen Ziele.

LaborPraxis: Wo sehen Sie das Anwendungspotenzial für miniaturisierte Systeme?

Morschhauser: Die Entwicklungen im MikroHips-Projekt sind hauptsächlich anwendungsgetrieben. Zum einen zeigte sich, dass die stressfreie Separation von Zellen auch im Labormaßstab immer noch einiger Verbesserungen bedarf. Mikro- und Nanosiebe mit großer Porosität können hier zu neuen Lösungen führen. Zum anderen ist die Plasmaseparation als ein wichtiger Bestandteil der Probenvorbereitung in miniaturisierten Systemen (Lab-on-Chip) noch nicht zufriedenstellend gelöst: Zentrifugation ist nur in einer geringen Anzahl an Plattformen möglich, Filtration über herkömmliche Membranen verbraucht meist nahezu den ganzen Analyt. Auch hier können die Mikrosiebe und planare Mikrofilter einen wesentlichen Beitrag leisten.

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