Die Mikrolaboranten

Um schneller potentielle Heilmittel entwickeln zu können muss der Durchsatz in der Wirkstoffforschung gesteigert werden. Eine vielversprechende Technik dazu sind Biomikrosysteme. Diese kompakten Chipsysteme übernehmen komplette Laborabläufe und ermöglichen einen höheren Probendurchsatz. Sie sparen Platz, Reagenzien, Energie, Analysenaufwand und damit Kosten und Zeit.

Die deutschen Experten auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik in den Lebenswissenschaften trafen sich in Jena zur Jahrestagung des Vereins BioMST (Biomikrosystemtechnik). Über 40 Forscher und Anwender des Netzwerkes präsentierten und diskutierten ihre neuesten Erkenntnisse. „Besonders auf der Suche nach neuen Antibiotika werden Biochips zunehmend an Bedeutung gewinnen“, so Dr. Thomas Henkel, der Gastgeber der Veranstaltung und Gruppenleiter für Mikrofluidik am Institut für Photonische Technologien Jena (IPHT). Um neue Wirkstoffe gegen multiresistente Erreger zu finden, baut er mit seiner Gruppe Mikrolabor-Chips, die in schneller Abfolge von Mikroorganismen freigesetzte, bislang unbekannte Naturstoffe auf antimikrobielle Aktivität testen.

Forschungspartner am Leibniz Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena, an der Universität Jena, am Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik in Heiligenstadt und an der Technischen Universität Ilmenau konfrontieren mit Hilfe des Chipsystems unbekannte Mikroorganismen mit multiresistenten Erregern. Unter kontrollierten Bedingungen bilden die Mikroorganismen als Abwehrmechanismus sekundäre Metaboliten aus, die dann Grundlage für die Entwicklung neuer Wirkstoffe sind. Viele tausend unterschiedliche Proben werden als mikroskopisch kleine Tropfen (ein Teelöffel fasst ca. 165.000 davon) auf dem Chip erzeugt und in einer Kette durch Kanäle über den Chip geführt, prozessiert und analysiert.

Auf diese Weise lassen sich um ein Vielfaches mehr Proben untersuchen als in den klassischen Titerplatten der Mikrobiologie. Das am IPHT entwickelte System übernimmt eine Schlüsselfunktion beim Auslesen der Interaktionen zwischen Wirkstoffen und Mikroorganismen. Dazu kommen die Kernkompetenzen der IPHT-Forscher zum Tragen, die mit optischen Technologien auch molekulare Informationen mit einer räumlichen Auflösung im Nanometerbereich aus den Proben gewinnen können.

„Um das System zu einem marktreifen Prototypen weiter zu entwickeln, müssen wir neben der anwendungsorientierten Forschung wissenschaftliche Grundlagen schaffen,“ sagt Henkel. Flüssigkeiten in diesem Maßstab zu hantieren, erfordere neue Herangehensweisen. Fragestellungen zur Oberflächenveredlung der Mikrokanäle, der Materialbeschaffenheit und zu kostengünstigen Fertigungs- und Standardisierungsverfahren stehen daher im Fokus der Wissenschaftler des BioMST-Netzwerkes. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Mikrosystemtechnik ist die Untersuchung von Nanopartikeln. Im Rahmen der BioMST-Tagung präsentierte Jessica Teuber von der TU Ilmenau die Ergebnisse ihrer Arbeit bei der sie Algen mit verschiedenen Nanopartikeln in einem Mikrosystem konfrontierte. Sie konnte nachweisen, dass die biologische Aktivität von einem komplexen Zusammenspiel, bestehend aus Größe, Form, chemischer Zusammensetzung und Oberflächenstruktur der Nanopartikel abhängt.
Im kommenden Jahr findet die BioMST-Tagung im Rahmen der Festveranstaltungen zum zehnjährigen Bestehen des BioMST-Netzwerkes in Hamburg statt.

Ihr Ansprechpartner:
Dr. Thomas Henkel
Arbeitsgruppenleiter Mikrofluidik
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Telefax +49 (0) 3641 · 206-399
Thomas.henkel@ipht-jena.de