Folyamatláncok az izoláláshoz és elemzéshez: az egyes sejtettől az organoidig

Aktin festékkel festett 3T3 fibroblaszt gömb a LIFT-átvitelhez, lézerrel készített mikrokupákban tenyésztve. © Fraunhofer ILT, Aachen / Aktin festett 3T3 fibroblaszt gömb a LIFT-átvitelhez, lézerrel készített mikrokupákban tenyésztve. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország

Párhuzamos, folyamatos perfúzió négy szervezet a-chip rendszeren. © Fraunhofer ILT, Aachen / Párhuzamos, folyamatos perfúzió négy szervezet a-chip rendszeren. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország

A Fraunhofer Lasertechnikai Intézet kutatói új eszközökön dolgoznak egyedi sejtek és sejtkapcsolatok előállítására és elemzésére. A »Liftoscope« rendszer egy sejtszortírozó rendszert fejlesztett ki a későbbi kultiváláshoz, amely képes precízen és sejtkímélő módon analizálni és átvinni a biomateriálokat. A 3D-bioprinting módszerek egyre inkább teret nyernek a biotechnológiai kutatásban: mikrofluidikus Organ-on-a-Chip rendszerek fejlesztésével különböző sejtek határozottan és reprodukálhatóan rendezhetők mesterséges szövetekké. A kutatási eredményeket a Fraunhofer ILT szakértői 2024. június 21. és 24. között mutatják be az analytica kiállításon Münchenben.

A jövőorientált, biotechnológiai megoldások és innovatív laboratóriumi technológiák várják a mintegy 35 000 látogatót az analytica-n, a világ vezető kiállításán a laboratóriumi technológia, az analitika és a biotechnológia területén. Az első kiállítás a COVID-19 járvány kezdete óta, több mint 700 kiállító mellett, a Fraunhofer ILT több témával is képviselteti magát.

Elemzés, izolálás, átadás

A sejtkultúrák előállítása sokféle munkafolyamatot igényel, amelyek során a sejtek tenyésztése és vizsgálata történik. A sejtkultiválás hagyományos módszerekkel manuális munkával nagyon időigényes és hibára hajlamos. A Fraunhofer ILT két projektet mutat be a sejtkultiválás témakörében: A »Liftoscope« konzorciumprojektben a Fraunhofer ILT együttműködik a Fraunhofer Ipartechnológiai Intézettel (IPT), hogy kímélő, automatizált módszert fejlesszenek ki a sejtek elemzésére és izolálására.

Először a sejtkultúra lemezt egy nagysebességű mikroszkóp szkenneli. A képadatok alapján a felismerhető sejtek morfológiáját egy különlegesen kifejlesztett algoritmus segítségével határozzák meg. Annak érdekében, hogy csak a megfelelő sejtmennyiség kerüljön izolálásra, a kutatók a lézerindukált előre történő transzfer (LIFT) technológiájára támaszkodnak: A sejtkultúrák egy speciális hidrogelben helyezkednek el a sejtkultúralapon. Egy lézer nagyon lokálisan fókuszál a kiválasztott sejtek alá a gélbe, és pontosan beállított hőenergia mennyiséget hoz létre. A rövid impulzus hatására a gél kitágul, és a sejtek átkerülnek egy fölötte lévő sejtkultúra hordozóra, ahol tovább tenyészthetők.

A teljesen automatizált elemzési és izolációs eljárás könnyen integrálható bármilyen laboratóriumi környezetbe. A moduláris kialakításnak köszönhetően sokoldalúan alkalmazható, és beépíthető meglévő mikroszkópokba. Például egy kereskedelmi forgalomban kapható mikrotiterlemez alkalmas lehet sejthordozónak. Ez az eljárás nemcsak időt takarít meg, hanem költséghatékony is.

egy másik kihívás a tapadós növekvő sejtek átadása: „Itt még keressük a megfelelő hidrogelet, hogy javítsuk a sejtek túlélési arányát” – mondja Richard Lensing, a Fraunhofer ILT biotechnológiai kutatója. Annak érdekében, hogy az eljárás még hatékonyabb legyen, a Fraunhofer IPT és ILT kutatói egy gyorsabb és differenciáltabb algoritmuson dolgoznak, amely különböző jellemzők alapján képes osztályozni és szelektálni a sejteket.

Organ-on-a-Chip

Új megközelítést kínál a 3D-nyomtatás is: A bioprinting lehetővé teszi mesterséges szövetek felépítését, és hozzájárul a kísérleti állatok használatának csökkentéséhez, valamint a jobb terápiás diagnosztikához. A Fraunhofer ILT kutatói több mikrofluidikus Organ-on-a-Chip rendszert mutatnak be az analytica kiállításon, amelyek mérete USB-stick méretű.

A 3D-bioprinting célja, hogy sejtek pontosan meghatározott és reprodukálható térbeli elrendezésben kerüljenek mesterséges szövetekké. Sejt-töltött hidrogelek, ún. bio-nyomok extrudálásos módszerrel nyomtatódnak. Ezekben a kultúrákban a sejtek majdnem úgy fejlődnek, mint a testben. Egyidejűleg a kutatók könnyebben beavatkozhatnak, és megfigyelhetik a folyamatot. Egy mikrofluidikus chip kialakítással több sejttípust tartalmazó organ-on-a-chip építhető fel, és a sejtek működését analizálhatják. A tesztek célzottan irányíthatók, és várhatóan pontosabb eredményeket adnak a baktériumok, vírusok és gyógyszerek in vitro szövetekre gyakorolt hatásának vizsgálatában.