Mikrofluidische Plattformen

Die Früherkennung von Zellveränderungen ist die Voraussetzung für eine schnellere und effektivere Behandlung von Tumorerkrankungen. Eine Methode hierfür ist die „Liquid Biopsy“. Hierfür haben Forscher mikrofluidische Plattformen entwickelt, deren Konzept eine neue Generation leistungsfähiger Zellseparationssysteme repräsentiert.

Diskplattform bestehend aus Modul I und II und den Kammern für die entsprechenden Prozessschritte. Der Messbalken entspricht 5cm. | © iba Heiligenstadt

Bei der "Liquid Biopsy" werden aus dem Blut von Patientenproben seltene Tumorzellen isoliert und charakterisiert. Die Untersuchung von klinisch relevanten Einzelzellen durch deren Separation und Detektion aus Blutproben mit mikrofluidischen Modulen liefert zur frühzeitigen Erkennung von Krebs einen wichtigen Baustein. Diese mikrofluidischen Plattformen haben im Rahmen eines Forschungsprojekts die Hahn-Schickard-Gesellschaft (Freiburg/Br.) und das Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (Heilbad Heiligenstadt) entwickelt. Das Disk-Layout ermöglicht im Gegensatz zu anderen bereits veröffentlichten Systemen einen störungsfreien Ablauf der Zellseparation aus Vollblutproben.

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Die notwendigen Prozessschritte wurden in zwei Modulen realisiert. Zunächst werden die störenden Erythrozyten von den weißen Blutkörperchen abgetrennt (Modul I) und danach die Zellen separiert (Modul II). Während der Separationsprozedur docken die mit Antikörpern beschichteten Mikropartikel (Beads) gezielt an die Expressionsrezeptoren der gesuchten Zellen an. Der Prozess erfolgt innerhalb einer Stunde in einer kommerziellen Zentrifuge. Bei einer Zellfindungsrate von 80 Prozent sind die Ergebnisse vielversprechend.

Zellseparator. Die Blutprobe wird durch den Eingang (B) in den Chip gepumpt. Die Zielzellen werden entlang des rotierenden Magnetfelds (E) in die Pufferphase abgelenkt und in (D) gesammelt. © iba Heiligenstadt

Parallel hierzu führten die Forscher Untersuchungen mit einer Chip-Plattform durch. Hier ist eine deutlich größere Menge an Blutproben verwendbar gegenüber der Disk-Plattform. Doch die Zielzellen werden ohne vorherige Behandlung aus dem Blut mit entsprechenden magnetischen Beads separiert. Die Wiederfindungsraten der Zielzellen lagen bei den Versuchen der Chip-Plattform mit circa 98 Prozent im Bereich kommerzieller Systeme. Auch hinsichtlich der Robustheit soll die Chip-Plattform der Disk-Plattform überlegen sein.

Künftige Arbeiten konzentrieren sich auf die Kombination beider Konzepte, wodurch ein breites Volumenspektrum (500 µL bis 100 mL) für die biomagnetische Separation mit einer zusätzlichen Zellcharakterisierung zur Verfügung stehen soll. Die Anwendung bedient vor allem den medizinischen beziehungsweise klinischen Markt. Gefördert wurde das IGF-Vorhaben durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) unter dem Titel des „Biomagnetische Zellseparation auf Basis der "Lab-On-Disk"-Technologie für die "Point-of-Care"-Diagnostik – BioCellLab". (idw, red)