Personalisierte Medizin

Mikrofluidik-Chip ermöglicht Manipulation einzelner Zellen

Ein paar wenige Zellen, die anders sind als der Rest, können große Auswirkungen haben. So können etwa einzelne Krebszellen einer Chemotherapie gegenüber unempfindlich sein und einen Rückfall bei eigentlich als geheilt geltenden Patienten verursachen.

In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler jetzt einen auf Mikrofluidtechnik basierenden Chip für die Manipulation und anschließende Nukleinsäure-Analytik einzelner Zellen vor. Die Zellen werden dabei durch lokale elektrische Felder hocheffizient „eingefangen“ (Dielektrophorese).

Molekulare Analysen einzelner Zellen sind notwendig, um die Rolle gemischter Zellansammlungen bei der Entstehung von Krankheiten besser zu verstehen und um effektive Therapien für eine personalisierte Medizin zu entwickeln. Individuelle Zellen in einer Masse anderer Zellen zu identifizieren stellt die Diagnostik jedoch vor enorme Herausforderungen. Die Zellen müssen sortiert, festgehalten, in ein anderes Gefäß mit extrem geringem Volumen (<1 μl) überführt und anschließend molekular analysiert werden. Konventionelle Methoden sind meist zeitaufwendig und komplex, unzuverlässig und ineffizient, können die Lebensfähigkeit der Zellen beeinträchtigen, benötigen große Probenvolumina, bergen ein hohes Kontaminationsrisiko und/oder erfordern teure Geräte.

Die Wissenschaftler von der University of Washington (Seattle, USA), der Iowa State University (Ames, USA) und dem Fred Hutchinson Cancer Research Center (Seattle, USA) setzen auf Mikrofluidtechnik, um diese Probleme zu umgehen. Alle notwendigen Schritte erfolgen zuverlässig auf einem speziell entwickelten Mikrochip unter Verwendung minimaler Reagenzienmengen und ohne die Zellen markieren zu müssen. Anders als bei herkömmlichen Mikrofluidchips werden weder komplexe Fabrikationstechniken noch Bauteile wie Ventile oder Mischer benötigt.

Photo
Auf Mikrofluidtechnik basierender Chip für die Manipulation und anschließende Nukleinsäure-Analytik einzelner Zellen.
Quelle: VCH-Wiley

Der sogenannte Self-Digitization-Dielectrophoretic-Chip (SD-DEP-Chip) ist nur etwa so groß wie eine Münze und trägt zwei parallele Mikrokanäle (50 μm tief × 35 μm breit × 3,2 cm lang), die über eine Vielzahl winziger Kämmerchen verbunden sind. Die Öffnungen der Mikrokammern sind nur 15 μm schmal. Je eine dünne Elektrode erstreckt sich über die Länge der Kanäle. Kanälchen und Kämmerchen werden mit einem Puffer gefüllt, eine elektrische Wechselspannung angelegt und die Probe in einen der Mikrokanäle gespült. Als Beispiel verwendete das Team um Robbyn K. Anand und Daniel T. Chiu Leukämie-Zellen.

An den schmalen Eingängen zu den Kammern treten lokale Maxima des elektrischen Felds auf. Zellen, die hinein geraten, werden „gefangen“. Da die Öffnungen etwa so groß sind wie die Zellen, wird immer nur eine einzelne Zelle pro Kammereingang festgehalten. Durch Abstellen des Wechselstroms und Erhöhen der Fließgeschwindigkeit durch Injektion der für die spätere Analytik benötigten Reagenzien werden die Zellen in die Kammern gespült. Anschließend eingeleitetes Öl verschließt die Kammern. Die Zellen werden aufgelöst, die freigesetzten Nukleinsäuren vervielfältigt und können z.B. über ein Marker-Gen als Leukämie-Zellen identifiziert werden.

In folgenden Studien wollen die Forscher den Chip einsetzen, um die Verteilung genetischer Mutationen in Leukämie-Zellen zu bestimmen, die mit Resistenzen in Zusammenhang stehen und somit für Rückfälle verantwortlich sein könnten.


Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

22.08.2018

Mehr aktuelle Beiträge lesen

Verwandte Artikel

Photo

T-Zellen und Medikation gegen AML

Erfolgreiche Kombinations-Therapie bei aggressiver Leukämie

Forscher des Universitätsklinikums Freiburg haben eine neue, sehr wirksame Therapie für die häufigste Leukämie bei Erwachsenen gefunden, die Akut Myeloische Leukämie (AML). Bei etwa jedem achten…

Photo

Pflanzlicher Helfer

Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus

Die „Gemeine Myrte“ gilt als eher unscheinbares Gewächs, das vor allem im Mittelmeerraum weit verbreitet ist. In der Antike kam sie bei der Verehrung der Göttin Aphrodite zum Einsatz, heute…

Photo

KI gegen Krebs

Kopf-Hals-Tumoren: Maschinelles Lernen verbessert Diagnostik

Forschenden der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Deutschen Krebskonsortiums (DKTK) ist es gelungen, ein Problem der Diagnostik bei Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren zu lösen. Zusammen…

Verwandte Produkte

AB Medical – V-Tube Clot Activator with Gel

Clinical Chemistry

AB Medical – V-Tube Clot Activator with Gel

AB Medical V-Tube
Alsachim, a Shimadzu group company – Dosimmune

Clinical Chemistry

Alsachim, a Shimadzu group company – Dosimmune

Alsachim, a Shimadzu Group Company
BD Vacutainer – Barricor Blood Collection Tube

Clinical Chemistry

BD Vacutainer – Barricor Blood Collection Tube

BD – Becton Dickinson
Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Immunochemistry

Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – AU5800 Series

Clinical Chemistry

Beckman Coulter – AU5800 Series

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – DxC 700 AU

Clincal Chemistry

Beckman Coulter – DxC 700 AU

Beckman Coulter, Inc.