Page 109 - Forschungsbericht 2015 bis 2018 Universtit?t Regensburg

Lebende Zellen und Mikroelektronik:
eine zukunftsreiche Kombination

Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festk?rper-Technologien:
Arbeitsgruppe ?Zell-basierte Sensorik?
Leiter: Prof. Dr. Joachim Wegener, Institut für Analytische Chemie, Chemo- & Biosensorik der Universit?t Regensburg

roelektroden, Optroden, Piezoresonatoren) zu kultivieren, um Ver-
Foto: ? Fraunhofer EMFT/Bernd Müller ?nderungen dieser Zellen / Gewebe im Verlauf eines Experimentes
direkt und ohne vorherige Anf?rbung oder Markierung zu erfassen
und so biologische Wirkmechanismen in Echtzeit aufzuspüren. Da-
mit k?nnen zellul?re Reaktionen auf Chemikalien, Pharmaka oder
Mikroorganismen zerst?rungs- und markierungsfrei auch über lan-
ge Zeiten verfolgt werden. Ziel ist es dabei immer, die Wirkung einer
experimentellen Beeinflussung auf den Zellverband zu erfassen. Die
physikalischen Sensoren werden sehr vielseitig und multimodal aus-
gelegt, um beispielsweise Ver?nderungen im zellul?ren Wachstum
oder zellul?ren Volumen sowie die F?higkeit zur Zellwanderung
oder zur zellul?ren Kommunikation zug?nglich zu machen.
Derzeit ist die Fraunhofer Arbeitsgruppe ?Zellbasierte Sensorik? in
den R?umlichkeiten des Instituts für Analytische Chemie, Chemo-
und Biosensorik der Universit?t untergebracht, um die Synergien
Multi-Elektrodenlayout zur parallelen Untersuchung mehrerer zwischen akademischer Vorlaufforschung und anwendungs-
Zellproben in Mikrofluidik-Chips. orientierter Entwicklung im Modell der Fraunhofer-Gesellschaft
bestm?glich zu nutzen. Es ist das Ziel der Arbeitsgruppe, die weit
In allen Bereichen der biomedizinischen Forschung sind experimen- entwickelten technischen M?glichkeiten von Mikroelektronik und
telle Untersuchungen an lebendenden menschlichen oder tierischen Mikrosystemtechnik für zellbasierte, biomedizinische und biotech-
Zellen (sog. zellbasierte Assays) von herausragender Wichtigkeit. nologische Anwendungen nutzbar zu machen.
Die aus Organen und Geweben des K?rpers isolierten und im Labor https://www.emft.fraunhofer.de/de/kompetenzen/
kultivierten Zellen erlauben Experimente an lebenden Modellsyste- innovative-sensorloesungen/zell-basierte-sensorik.html
men abseits der Komplexit?t eines lebenden Organismus im Hoch-
durchsatz unter genau zu kontrollierenden ?u?eren Bedingungen. Menschliche oder tierische Zellen werden
Die Einsatzgebiete solcher zellbasierter Assays reichen von grund- auf technischen Sensoren (Hintergrund)
legenden biomedizinischen Fragestellungen über Wirkstoffentwick- im Labor kultiviert, um die Reaktion der
Zellen auf Pharmaka, Giftstoffe oder
lung und Toxizit?tsprüfung bis zu personalisierter Medizin. Umwelteinflüsse markierungs- und
Typischerweise werden die zellul?ren Modellsysteme als zweidi- zerst?rungsfrei messbar zu machen. Foto: ? Fraunhofer EMFT/Bernd Müller
mensionale Zellschichten auf dem Boden einer Petrischale kultiviert
und nach einem experimentellen Stimulus zu einem definierten
Zeitpunkt angef?rbt oder markiert, um die Zellreaktion beispiels-
weise mikroskopisch zu analysieren. Moderne Hochdurchsatzan-
wendungen erlauben es, mit Zellarealen von weniger als 1 mm?
für die Untersuchung auszukommen. Seit einigen Jahren ist ein
Paradigmenwechsel von zwei- zu dreidimensionalen Modellsys-
temen zu beobachten. Mehrere tausend Zellen des gleichen oder
unterschiedlichen Typs werden zun?chst zu gewebe?hnlichen, h?u-
fig kugelf?rmigen Strukturen aggregiert, bevor sie im Experiment
eingesetzt werden. Solche multizellul?ren Sph?roide spiegeln die
dreidimensionale Architektur des realen Gewebes besser wider als
ihre zweidimensionalen Analoga, so dass die Testergebnisse oft eine
gr??ere physiologische Relevanz besitzen.
Die Fraunhofer EMFT verfolgt in ihrer Au?enstelle auf dem Campus
der Universit?t Regensburg seit Anfang 2017 das Konzept, zwei-
dimensionale Zellschichten und dreidimensionale Gewebemodelle
direkt auf der Oberfl?che von physikalischen Sensoren (z. B. Mik-

107