Thema: Laborautomation

Blitzlicht

Echtzeit-Monitoring und automatisierte Behandlung lebender Gewebe

Durch die Nähe zu den In-vivo-Bedingungen sind Forschung und Diagnose an lebendem Primärgewebe sehr gefragt, gehen aber oft mit einer geringen Verfügbarkeit des Probenmaterials einher. Aus diesem Grund ist es nötig, möglichst viele zellulare Parameter einer Probe gleichzeitig zu erfassen. Mit dem „Intelligent Microplate Reader“ steht hierfür eine zellphysiometrische Analyseplattform zur Verfügung, die multiparametrisches Echtzeit-Monitoring mit einer automatisierten Probenbehandlung und einer hohen Parallelisierung vereint. Dafür wurden erstmals bildgebende Verfahren mit multi-sensorischen Mikrotiterplatten kombiniert.

In-vitro-Modellsysteme aus vitalen Gewebeproben sind ein vielversprechender Ansatz fürdie zellbiologische und klinische Forschung sowie Diagnose. Vorteil bei der Kultur lebenderGewebe ist die Erhaltung komplexer Zell-Zell- und Zell-Matrix-Beziehungen, die einen Einfluss auf das Zellverhalten nehmen können. Leider gehen Arbeiten mit primärem Gewebe oft mitexperimentellen Schwierigkeiten einher. Die Gewebeproben stehen häufig – insbesondere bei Material aus Biopsien – nur in sehr kleinenMengen zur Verfügung und sollten möglichstrasch nach der Explantation präpariert und inein Kultursystem überführt werden, um die Vitalität zu erhalten. Die Vorbereitung, wie etwa die Herstellung von Gewebeschnitten, verlangt vielErfahrung. Diese Schwierigkeiten machen es nötig, aus möglichst wenig präpariertem Material möglichst viele Daten parallel zu gewinnen. Umdiesen Anforderungen zu begegnen, entwarfder Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik (Prof. Dr. Wolf ) der TU München mitdem „Intelligent Microplate Reader“ (IMR) eine zellphysiometrische Analyseplattform. Durchdie HP Medizintechnik GmbH wurde der IMR weiterentwickelt und zur Marktreife gebracht.Das Gerät erlaubt die Untersuchung von adhärenten und in Suspension wachsenden Zellensowie Gewebeschnitten. Letztere werden dabei mit Hilfe von Nylonnetzen in den Mikroreaktionskammern einer modifizierten 24-Well-Platte fixiert (Bildausschnitt rechts unten in der Abbildung). In den Mikroreaktionskammern wird eine kontrollierte Umgebung erzeugt, in der dieZellen automatisiert gestresst oder stimuliertwerden und dynamische zellulare Veränderungen in Echtzeit detektierbar sind. Auf dem mikroskopierbaren Substrat jedes Wells der Platte befinden sich hierzu Sensoren zur Erfassungdes Sauerstoffverbrauchs, der extrazellularen Ansäuerung und/oder der Bioimpedanz. Die lebenden Zell- beziehungsweise Gewebeproben in der Sensor-Platte werden mit einerMultikanal-Robotik über integrierte Fluidikkanäle versorgt und mit Wirkstoffen behandelt.Ein automatisiertes Inversmikroskop liest die Sensordaten kontinuierlich aus und ermöglichtzudem ein direktes Imaging der Proben. Somiterhält man einen weiteren Parameter, welcher sowohl eine Prozessüberwachung als auch die qualitative Beurteilung der Zellmorphologie zulässt. Für die korrekte Temperatur und sterile Bedingungen sorgt ein Kulturschrank. Damitsind 24 parallel laufende und voneinander unabhängige Langzeitexperimente möglich.

Applikation: 2D vs. 3D

Exemplarisch zeigt der Graph die Kinetik des Sauerstoffverbrauchs von Gewebeschnitten (250 μm Dicke) einer Hühnermilz im Vergleichzu der einer Monolayer-Zellkultur (L929-Mausfibroblasten) unter zytotoxischen Behandlungsbedingungen. In beiden Fällen wurden dieProben 12 Stunden mit verschiedenen Konzentrationen des Detergens Natrium-Laurylsulfat(SDS) versetzt, nachdem sie zunächst unterNormalbedingungen beobachtet wurden. Die kontinuierliche Aufzeichnung machtdie verschiedenen Eigenschaften der beidenunterschiedlichen Probentypen erkennbar.Sowohl das Gewebe als auch die Monolayer-Kultur zeigen dosisabhängige Reaktionen,die sich in einen jeweiligen zeitlichen Verlaufeinteilen lassen. Die unbehandelte Kontrolle der Monolayer-Kultur proliferiert kontinuierlich.Dagegen fällt die metabolische Aktivität derGewebeschnitt-Kontrolle durch das schwache Proliferationsvermögen leicht ab. Weiterhinzeigt die Monolayer-Kultur in der gegebenenKonstellation eine deutlich höhere Empfindlichkeit gegenüber dem Wirkstoff. Mit demIntelligent Microplate Reader konnten bereits Messprotokolle für die kontinuierliche Messung und Behandlung humaner Gewebeschnitte vonüber fünf Tagen realisiert werden. Die H P Medizintechnik GmbH vertreibt den Intelligent Microplate Reader und bietetzusätzlich eine individuell auf die Kundenwünsche angepasste Auftragsforschung auf derAnalyseplattform an.

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1/2015

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