Biochip

Krebsdiagnostik per Lab-on-disc

Im Rahmen eines Forschungsprojekts in der Krebsdiagnostik haben die Hahn-Schickard-Gesellschaft und das Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. mikrofluidische Plattformen entwickelt, deren Konzept eine neue Generation leistungsfähigerer Zellseparationssysteme repräsentiert.

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 (Bild: iba Heiligenstadt, www.iba-heiligenstadt.de).

Voraussetzung für eine schnellere und effektivere Behandlung von Tumorerkrankungen ist die Früherkennung von Zellveränderungen. Entsprechende Methoden sind Gewebebiopsien bzw. die sogenannte „Liquid Biopsy“, bei der z.B. aus Blut von Patientenproben seltene Tumorzellen isoliert und charakterisiert werden.

Im Gegensatz zu den bereits auf dem Markt befindlichen Systemen ermöglicht das entwickelte Disk-Layout einen störungsfreien Ablauf der Zellseparation aus Vollblutproben. Die hierzu notwendigen Prozessschritte wurden in zwei Modulen realisiert, welche zunächst die störenden Erythrozyten von den Leukozyten abtrennt (Modul I) und anschließend die Zielzellen separiert (Modul II). Während der Separationsprozedur docken mit Antikörpern beschichtete Beads gezielt an die Expressionsrezeptoren der gesuchten Zellen an. Alle Prozessschritte erfolgen innerhalb einer Stunde in einer kommerziellen Zentrifuge.

Parallel hierzu wurden Untersuchungen mit einer Chip-Plattform (s. Bild) durchgeführt. Gegenüber der Disk-Plattform ist einerseits eine deutlich größere Menge an Blutproben verwendbar. Andererseits werden die Zielzellen ohne vorherige Behandlung aus dem Blut mit entsprechenden magnetischen Beads separiert. Die Wiederfindungsraten der Zielzellen lagen bei den Versuchen der Chip-Plattform mit ca. 98 % im Bereich kommerzieller Systeme. Auch hinsichtlich der Robustheit ist die Chip-Plattform der Disk-Plattform überlegen.

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Künftige Arbeiten konzentrieren sich auf die Kombination beider Konzepte. Dadurch soll ein breites Volumenspektrum (500 µl bis 100 ml) für die biomagnetische Separation mit einer zusätzlichen Zellcharakterisierung zur Verfügung stehen. Die Anwendung bedient vor allem den medizinischen bzw. klinischen Markt. sk

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