Neuer Prozess zur markerfreien Zellselektion

08.03.2018

© Fraunhofer ILT, Aachen

Der OptisCell-Prozess ist für den vollautomatischen Betrieb konzipiert, er arbeitet marker- und kontaktfrei.

© Fraunhofer ILT, Aachen

Mit der neuen Raman-LIFTSYS®-Anlage (hier integriert in eine Werkbank) zum kontaktfreien Zelltransport lassen sich verschiedene Systeme für zellbasierte Tests realisieren.

Auf der analytica in München werden in diesem Jahr drei Fraunhofer-Institute ein Projekt aus der Vorlaufforschung präsentieren: Biologen, Informatiker und Laserexperten haben einen Prozess entwickelt, bei dem Zellen analysiert, selektiert und anschließend auf ihre Proteinproduktion untersucht werden. In der Pharmaforschung lassen sich damit Wirkstoffe erheblich schneller entwickeln.

Die Fraunhofer-Gesellschaft präsentiert in diesem Jahr mit OptisCell ein besonderes Projekt aus der marktorientierten Vorlaufforschung. Im OptisCell-Prozess werden Zellen auf einem Träger erst identifiziert, dann mit einem Laserpuls transferiert und schließlich auf einem zweiten Träger bezüglich ihrer Proteinproduktion charakterisiert.

An den Entwicklungsarbeiten beteiligen sich Teams der drei Fraunhofer-Instituten für Lasertechnik ILT in Aachen, für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin und für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart.

Wie funktioniert der Prozess?

In einem ersten Schritt werden die Zellen mit Hilfe von Raman-Spektroskopie qualitativ dahingehend untersucht, ob sie ein bestimmtes Protein produzieren. Die Anlage nutzt dabei neuronale Netze, um die Spektren von produzierenden und nicht-produzierenden Zellen zu unterscheiden.

In einem zweiten Schritt werden die produzierenden Zellen mit einem Laserpuls in eine gegenüberliegende Mikrotiterplatte befördert. Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) heißt das entsprechende Verfahren, bei dem eine hauchdünne Titanschicht auf dem Träger mit einem Laser verdampft wird. Die entstehende Dampfblase erzeugt einen Jet aus einem Medium (z. B. Hydrogel), der dann die ausgewählte Zelle in die Empfängerplatte transferiert.

In dieser speziell präparierten Mikrotiterplatte werden die Zellen weiter analysiert. Mit Hilfe von SERS-Spektroskopie wird dort ermittelt, wie effektiv die Zelle das gewünschte Protein produziert. Damit lassen sich schnell und automatisch High Producer Zellen finden und für die weitere Verwendung selektieren.

Am LIFT-Prozess arbeiten die Experten des Fraunhofer ILT schon gut ein Jahrzehnt. Entsprechend gut haben sie die einzelnen Laserparameter für verschiedene Transfermaterialien optimiert. So lässt sich gewährleisten, dass die Zellen zu über 80 Prozent und einzeln transferiert werden.

Am Fraunhofer FIT wurde das Datenmanagement von der ersten Prüfung bis zur Bewertung der Proteinproduktion entwickelt. Dabei haben die Wissenschaftler alle Prozessschritte genau dokumentiert. Das System ist modular und lässt sich für andere Anwendungen einfach modifizieren.

Die Biologen am Fraunhofer IGB haben spezielle Produktionszelllinien hergestellt und damit den OptisCell-Prozess validiert. Dafür haben sie eine Vielzahl von Raman-Spektren einzeln aufgenommen und mit den Resultaten herkömmlicher Methoden verglichen.

OptisCell in der Anwendung

Der OptisCell-Prozess arbeitet markerfrei, kontaktfrei und er ist für den vollautomatischen Betrieb konzipiert. Um das zu validieren, haben die Projektpartner sowohl eine Zelllinie für die Produktion von Antikörpern, als auch ein System zur Analyse und zum Transfer aufgebaut. Der entsprechende Demonstrator wird auf der Messe zu sehen sein.

Getestet in der Antikörpersuche, soll der Prozess in Zukunft der Pharmaindustrie dabei helfen, teure und langwierige Entwicklungsprozesse deutlich effizienter zu gestalten. Der Aufwand wird dabei so weit reduziert, dass auch kleine und mittelständische Firmen solche Entwicklungen realisieren können.

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)

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