zurück zur Themenseite

Whitepaper

Möglichkeiten zur Visualisierung von 3D-Zellkulturen

In einem Whitepaper vom Fraunhofer IPT ist beschrieben, welche Herausforderungen bei der Arbeit mit 3D-Zellkulturen bestehen und wie die Optische Kohärenztomographie dazu eingesetzt werden kann, um diese zu visualisieren.

© Fraunhofer IPT

Zellkulturen helfen in der klinischen Forschung dabei, neue Medikamente zu erproben und Vorgänge im menschlichen Körper besser zu verstehen. Bisher kommen Zellkulturen zum Einsatz, die in einer einzelnen Schicht auf einem Nährboden wachsen. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass Kulturen, die in dreidimensionalen Formen wachsen, viele Fragen realitätsnäher beantworten können als herkömmliche Zellkulturen. In einem Whitepaper vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ist beschrieben, welche Herausforderungen bei der Arbeit mit 3D-Zellkulturen bestehen und wie die Optische Kohärenztomographie (optical coherence tomography, kurz OCT) dazu eingesetzt werden kann, um diese zuverlässig zu visualisieren.

Zellkulturen, die in einer dreidimensionalen Form wachsen, bieten deutliche Vorteile für die Arzneimittelforschung: Durch ihre höhere Komplexität gegenüber einfacheren einschichtigen Zellkulturen bilden sie die Gegebenheiten des menschlichen Körpers besser ab. Dies eröffnet vor allem bei Wirkstoffuntersuchungen neue Chancen: Zwischen 88 und 95 Prozent aller Arzneimittel, die sich in klinischen Studien befinden, kommen nie auf den Markt, weil die Ergebnisse der Tests an 2D-Zellkulturen in den klinischen Studien nicht reproduziert werden können. Da 3D-Zellkulturen in der Lage sind, die Vorgänge im menschlichen Körper besser abzubilden, schaffen sie eine realistischere Umgebung für Wirkstoffuntersuchungen. Dadurch könnten in Zukunft mehr Medikamente zur Marktreife gebracht und die Entwicklungskosten neuer Arzneimittel deutlich gesenkt werden.

Anzeige

Die Visualisierung von 3D-Zellkulturen
In ihrem Whitepaper »OCT for 3D cell culture visualization« beschreiben die Aachener Forscherinnen und Forscher die Herausforderung bei der Visualisierung von 3D-Zellkulturen: Die volumetrischen Kulturen weisen stark streuende Eigenschaften auf und können einen Durchmesser bis zu mehreren Millimetern erlangen. Der größte Informationsgehalt liegt jedoch unterhalb der Oberfläche. Bisherige Verfahren, dazu zählen Dünnschnittverfahren, die Fluoreszenz-Lichtscheibenmikroskopie, die konfokale Laserscanningmikroskopie und die 2-Photonen-Mikroskopie, sind zeitaufwendig, technisch anspruchsvoll und fehleranfällig. Der größte Nachteil der bisherigen Verfahren ist jedoch die Tatsache, dass sie alle invasiv, also zerstörend, arbeiten. Dies bedeutet einen erhöhten Ressourcenbedarf, und Langzeituntersuchungen einer einzelnen 3D-Zellkultur sind so nicht möglich.

Ein Ansatz: Optische Kohärenztomographie
Ein neuer Ansatz zur Abbildung von 3D-Zellkulturen ist das Bildgebungsverfahren der Optischen Kohärenztomographie, das im Whitepaper vorgestellt wird: Die OCT stammt ursprünglich aus der Augenheilkunde und kann hochaufgelöste Schnittbilder erzeugen. Sie arbeitet dabei vollkommen berührungslos und nicht-invasiv. Damit ist es möglich, 3D-Zellkulturen und ihr Wachstum ohne weitere Handhabungsprozesse, Medienwechsel oder Präparationsschnitte zu untersuchen. Wie alle optischen Methoden ist auch die OCT in ihrer Eindringtiefe begrenzt. Daher konzentrieren sich aktuelle Forschungsprojekte, in denen die OCT zur Visualisierung von 3D-Zellkulturen eingesetzt wird, meist auf kleine 3D-Zellkulturen mit einem maximalen Durchmesser von 500 Mikrometern.

OCT zur Visualisierung von 3D-Zellkulturen
Im Whitepaper beschreibt das Potenzial der OCT als schnelle und nicht-invasive Methodik zur Visualisierung von 3D-Zellkulturen, zeigt ihre üblichen Grenzen auf und beschreibt darüber hinaus Ansätze, wie sich die bestehenden Einschränkungen, wie zum Beispiel der limitierte Tiefenmessbereich, überwinden lassen. Darüber hinaus könnte eine weitergehende Automatisierung von OCT-Systemen einen breiteren Einsatz bei Laboranwendungen eröffnen. »Unser Ziel ist es, die OCT-Technologie für das Labor von morgen vorzubereiten und digitale und automatisierte Teilkomponenten einzubinden. Auf diese Chancen möchten wir mit dem vorliegenden Whitepaper aufmerksam machen«, erläutert Enno Hachgenei, Leiter der Gruppe »Optische Messtechnik und Bildgebende Verfahren« am Fraunhofer IPT.

Das Whitepaper steht zum Download bereit unter: www.ipt.fraunhofer.de/cell-culture-visualization.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Anzeige
zurück zur Themenseite

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige

Enzymforschung

Enzym der Zellatmung isoliert

Forscher der Goethe-Universität haben das vielleicht älteste Enzym der Zellatmung gefunden. Aus dem hitzeliebenden Bakterium Thermotoga maritima konnten sie jetzt einen äußerst fragilen Proteinkomplex namens „Rnf“ isolieren.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite