Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Pharmazeutika schneller testen

02.01.2014
Für bessere Medikamente untersuchen Forscher neue Wirkstoffe an biologischen Zellen. Die Kombination von zwei Mikroskopieverfahren kann den Zeitaufwand um 50 bis 80 Prozent reduzieren, weil dadurch deutlich weniger Messungen als bisher nötig sind.

Für neue Medikamente testen Biologen und Pharmakologen verschiedene Wirkstoffe und Chemikalien. Die zentrale Frage dabei: Wie reagieren biologische Zellen auf diese Substanzen?


Mit diesem Gerät können Forscher auch Interaktionen zwischen Zellen untersuchen. Der Prototyp vereint zwei Module: die optische Pinzette und das digital-holographische Mikroskop. © Fraunhofer IPT

Dies untersuchten Forscher vielfach mit einem Fluoreszenz-Mikroskop, indem sie digitalholographische Aufnahmen machen – also computergenerierte Hologramme erzeugen –, die denen der klassischen Holographie ähneln: Die untersuchten Zellen erscheinen auf den Aufnahmen dreidimensional. Das Hologramm wird optisch erzeugt, digital aufgenommen und im Computer ausgewertet.

Dort wird die dreidimensionale Darstellung der Zellen berechnet. Die Vorteile dieser Methode: Die Forscher brauchen keinen Marker, um die Zellen sichtbar zu machen. Sie können die Zellen untersuchen, ohne sie zu berühren. Und die Zellen lassen sich in lebendem Zustand charakterisieren, die Wissenschaftler sprechen von einer in-vivo-Untersuchung.

Um effizient und verlässlich prüfen zu können, wie die Zellen auf chemische Substanzen reagieren, müssen diese einzeln in kleinen Haltestrukturen eines Mikrofluidik-Chips sitzen – also jede Zelle in einem eigenen Hohlraum. Auf diese Weise können sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Zudem sollten sie möglichst gleich groß sein, damit man ihre Reaktionen auf den Wirkstoff vergleichen kann. Das Problem: Es ist schwierig, die Zellen einzeln in die kleinen Haltestrukturen zu befördern, häufig schwemmen die Forscher sie mit der Nährlösung hinein. Mit dem Resultat, dass zum einen oft mehrere in einem Hohlraum sitzen, und zum anderen kleine wie auch große Zellen hineingespült werden. Teilweise schwimmen sie während der Untersuchung auch wieder aus den Höhlen heraus.

All dies müssen die Forscher statistisch ausgleichen. Sprich: Sie müssen unzählige Messungen durchführen und eine Menge Zellen untersuchen, um ein belastbares Ergebnis zu erhalten – ein unter Umständen langwieriges Unterfangen.

Kombination von digital-holographischer Mikroskopie mit optischer Pinzette

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen haben nun eine Lösung für dieses Problem gefunden. »Wir kombinieren die digital-holographische Mikroskopie mit einer optischen Pinzette«, verrät Stephan Stürwald, Gruppenleiter am IPT. Eine optische Pinzette ist ein Laserstrahl, der durch seinen Strahldruck eine Zelle festhalten oder auch transportieren kann. Mit diesen Werkzeugen können die Wissenschaftler ausgesuchte Zellen greifen, sie einzeln in Mikrostrukturen positionieren und dauerhaft dort festhalten. »Mit dieser Kombination können wir, je nach Zelltyp und Untersuchungsmethode, 50 bis 80 Prozent des sonst üblichen Aufwands einsparen – es sind also sehr viel weniger Serienmessungen notwendig«, sagt Stürwald. Die Bedienung ist nutzerfreundlich: Die Pinzetten lassen sich auch über den Touchscreen eines Tablet-PCs steuern.

Die Kombination dieser beiden Methoden vereinfacht nicht nur die bisherigen Untersuchungen, sondern erlaubt auch neue. So ermöglicht sie es etwa, die Zellen in bestimmten Abständen voneinander zu positionieren und somit verschiedene Muster anzulegen. Auf diese Art und Weise können die Wissenschaftler Interaktionen zwischen den Zellen untersuchen, da sie einen festen Abstand zueinander haben. Ein Beispiel ist die Apoptose, der plötzliche Zelltod. Denn stirbt eine Zelle durch die Apoptose, sondert sie Substanzen ab, die andere Zellen beeinflussen. Wie groß ist der Einflussradius? Dies können die Forscher nun gezielt beantworten. Zudem sind sie in der Lage, Zellen, die sie nicht untersuchen wollen, mit dem Laser zu zerstören. Einen Prototyp des Geräts gibt es bereits. Es besteht aus zwei Modulen, einmal der optischen Pinzette, einmal dem digital-holographischen Mikroskop. Erste Messreihen haben die Forscher erfolgreich damit durchgeführt.

Stephan Stürwald | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/Januar/neue-pharmazeutika-besser-testen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie