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Zellsortierung nach Bild und Form

Zellen ohne Farbmarkierung typisieren und sortieren

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Zellen surfen auf Schallwellen

Sobald das System eine Zelle zuverlässig erkannt hat, kann es diese im zweiten Schritt sortieren. Nach der Passage mit der Aufnahmevorrichtung verzweigt sich der Mikrokanal, das RT-DC lenkt die gesuchten Zellen in einen Abzweig, der Rest fließt Richtung Normalausgang. Die Forscher setzen akustische Oberflächenwellen ein, um die Zellen abzulenken. Dabei handelt es sich um Schallwellen, die am Boden des Kanals erzeugt werden. Der besteht aus einem piezoelektrischen Material, das sich mithilfe kleiner Stromstöße zum Schwingen anregen lässt. Die Zellen bewegen sich dann auf diesen Schallwellen, ähnlich wie ein Surfer auf einer Wasserwelle im Meer – allerdings nur wenige Mikrometer weit. Das genügt aber, um die gewünschten Zellen zum Abzweig zu befördern.

Nach dem Ablichten einer Zelle bleibt etwa eine Millisekunde Zeit, um zu entscheiden, wohin das RT-DC sie lenken soll. Derzeit kann das System auf diese Weise etwa 100 Zellen pro Sekunde sortieren.

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Die neue Zytometrie-Methode – Zellerkennung mithilfe von KI und anschließendes Sortieren – haben die Forscher soRT-DC getauft. Für sie ist es der ultimative Zellsortierer, weil er ohne Antikörper und Farbmarkierung auskommt.

Durchblick dank Stäbchentherapie

Mit der vorgestellten Methode lassen sich Zellen aus Proben schnell, unbeschadet und unverändert gewinnen. Was viele Anwendungen ermöglicht. So hoffen die Forscher, mit soRT-DC blutbildende Stammzellen aus Blutproben oder Knochenmark isolieren und anschließend z.B. Krebspatienten transplantieren zu können. Da das Verfahren sehr spezifisch ist, sinkt das Risiko von Abstoßungsreaktionen durch Zellverunreinigungen, wie sie heute noch bei Stammzellspenden auftreten.

soRT-DC kann sogar verschiedene Typen von Immunzellen (B- und T-Zellen) ohne vorherige Kennzeichnung zuverlässig voneinander unterscheiden. Das würde die Zellzählung von Vollblut beschleunigen, weil eine aufwändige Probenvorbereitung entfällt.

Darüber hinaus wollen die Forscher bestimmte Erkrankungen der Netzhaut behandeln. Sterben lichtempfindliche Sinneszellen im Auge ab, kann dies das Sehvermögen einschränken. Von ihnen gibt es zwei Typen: Stäbchen zum Sehen bei wenig Licht und Zapfen für das Farbsehen. Mittlerweile lassen sich diese Sinneszellen in künstlichen Netzhäuten im Labor aus Stammzellen nachzüchten, eine Spezialität der Forschungsgruppe um Prof. Marius Ader an der Technischen Universität Dresden, mit der die Erlanger hierfür zusammenarbeiten. Für bestimmte Therapien sind allerdings nur die Stäbchen von Interesse. Mittels soRT-DC ist es nun möglich, die Stäbchen aus diesen Proben zu isolieren und für Therapiezwecke zu nutzen.

Für die Zukunft erhoffen sich die Forscher, dass die Technologie im Klinikalltag zum Einsatz kommen wird. Bereits jetzt befinden sich Geräte z.B. in den Kliniken in Erlangen, Dresden und London. 2015 hat sich die Firma Zellmechanik Dresden gegründet, um RT-DC Forschern und Medizinern weltweit zugänglich zu machen. Zurzeit erproben die Wissenschaftler noch weitere Zelltypen, für die die Methode angewendet werden kann, um klinische Analysen in möglichst vielen Feldern der Medizin schon bald beschleunigen zu können.

* F. Reichel, M. Kräter, M. Herbig, Prof. Dr. J. Guck: Max-Planck-Institut für die Physik des Lichtes & Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, 91058 Erlangen

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