Kostengünstige Einspritzer für Biologen

Das Einschleusen von Genen mit Hilfe feinster Kanülen in eine lebende Zelle gehört in der Forschung schon fast zur Routine. Doch viele Zelle platzen, wenn man etwas einspritzt. Ein Mikroinjektionschip, der auf der Messe MEDTEC gezeigt wird, arbeitet kontrolliert und genau.

Substanzen wie zum Beispiel Gene in eine lebende Zelle zu injizieren erfordert viel Erfahrung und Geschick. Zellbiologen und Gentechniker arbeiten mit Flüssigkeitsmengen von nur wenigen Milliardstel Millilitern. Meist nutzen sie dazu kommerzielle Injektionssysteme, die aus Nadel, Pumpe und Verbindungsschlauch bestehen. Dieses makroskopische System ist jedoch nicht optimal für das Einbringen von Flüssigkeiten in mikroskopisch kleine Zellen. „Laboranten, die nicht viel Erfahrung haben, bringen die Zelle bei der Mikroinjektion oft zum Platzen, denn sie haben das Volumen nicht im Griff“, weiß Thomas Velten, der am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT die Arbeitsgruppe Miniaturisierte Systeme leitet.

„Um die Fehlerrate zu senken und die ganze Prozedur zu vereinfachen, haben wir einen Injektionschip entwickelt, den wir mit ähnlichen Verfahren wie in der Mikroelektronik fertigen können. Alle Teile sind aufeinander abgestimmt: Nadel, Pumpe, Vorratsbehälter, Beobachtungsfenster aus Glas oder Quarz sind die wichtigsten“, erläutert der Wissenschaftler. Die Chips, die nur wenige Kubikmillimeter messen, lassen sich auf Wafern mit zehn Zentimetern Durchmesser günstig herstellen – 180 Stück passen auf einen Wafer. Nun suchen die Entwickler nach Kooperationspartnern, um das Design zu optimieren und den Chip in großer Serie zu fertigen. Interessenten können am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Halle 5, Stand 1427 auf der MEDTEC mehr über das Thema erfahren – die medizintechnische Fachmesse findet vom 7. bis 9. März in Stuttgart statt.

Die Handhabung des Chips ist einfach: Er wird in die einzuspritzende Lösung getaucht. Dort saugt er sich voll. Das genügt für mehrere Hundert Injektionen. Unter dem Mikroskop positioniert der Laborant eine Zelle vor der Nadel, sticht sie an und drückt den Startknopf. Ein winziges Heizelement im Chip erwärmt Luft. Sie dehnt sich aus und verdrängt ein reproduzierbar kleines Volumen der Flüssigkeit, das schließlich an der Nadelspitze austritt. Die Temperatur bleibt unter 42 °C, um keine empfindlichen Inhaltsstoffe zu zerstören. Der Chip kann auch von einem Injektionsroboter bedient werden. Dies senkt die Fehlerrate noch einmal und erhöht die Genauigkeit.