Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018

Mikrofluidischer Chip für die Einzelzell-Analytik

Ein paar wenige Zellen, die anders sind als der Rest, können große Auswirkungen haben. So können etwa einzelne Krebszellen einer Chemotherapie gegenüber unempfindlich sein und einen Rückfall bei eigentlich als geheilt geltenden Patienten verursachen.


Auf Mikrofluidtechnik basierender Chip für die Manipulation und anschließende Nukleinsäure-Analytik einzelner Zellen.

(c) Wiley-VCH

In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler jetzt einen auf Mikrofluidtechnik basierenden Chip für die Manipulation und anschließende Nukleinsäure-Analytik einzelner Zellen vor. Die Zellen werden dabei durch lokale elektrische Felder hocheffizient „eingefangen“ (Dielektrophorese).

Molekulare Analysen einzelner Zellen sind notwendig, um die Rolle gemischter Zellansammlungen bei der Entstehung von Krankheiten besser zu verstehen und um effektive Therapien für eine personalisierte Medizin zu entwickeln. Individuelle Zellen in einer Masse anderer Zellen zu identifizieren stellt die Diagnostik jedoch vor enorme Herausforderungen.

Die Zellen müssen sortiert, festgehalten, in ein anderes Gefäß mit extrem geringem Volumen (<1 μl) überführt und anschließend molekular analysiert werden. Konventionelle Methoden sind meist zeitaufwendig und komplex, unzuverlässig und ineffizient, können die Lebensfähigkeit der Zellen beeinträchtigen, benötigen große Probenvolumina, bergen ein hohes Kontaminationsrisiko und/oder erfordern teure Geräte.

Die Wissenschaftler von der University of Washington (Seattle, USA), der Iowa State University (Ames, USA) und dem Fred Hutchinson Cancer Research Center (Seattle, USA) setzen auf Mikrofluidtechnik, um diese Probleme zu umgehen.

Alle notwendigen Schritte erfolgen zuverlässig auf einem speziell entwickelten Mikrochip unter Verwendung minimaler Reagenzienmengen und ohne die Zellen markieren zu müssen. Anders als bei herkömmlichen Mikrofluidchips werden weder komplexe Fabrikationstechniken noch Bauteile wie Ventile oder Mischer benötigt.

Der sogenannte Self-Digitization-Dielectrophoretic-Chip (SD-DEP-Chip) ist nur etwa so groß wie eine Münze und trägt zwei parallele Mikrokanäle (50 μm tief × 35 μm breit × 3,2 cm lang), die über eine Vielzahl winziger Kämmerchen verbunden sind.

Die Öffnungen der Mikrokammern sind nur 15 μm schmal. Je eine dünne Elektrode erstreckt sich über die Länge der Kanäle. Kanälchen und Kämmerchen werden mit einem Puffer gefüllt, eine elektrische Wechselspannung angelegt und die Probe in einen der Mikrokanäle gespült. Als Beispiel verwendete das Team um Robbyn K. Anand und Daniel T. Chiu Leukämie-Zellen.

An den schmalen Eingängen zu den Kammern treten lokale Maxima des elektrischen Felds auf. Zellen, die hinein geraten, werden „gefangen“. Da die Öffnungen etwa so groß sind wie die Zellen, wird immer nur eine einzelne Zelle pro Kammereingang festgehalten.

Durch Abstellen des Wechselstroms und Erhöhen der Fließgeschwindigkeit durch Injektion der für die spätere Analytik benötigten Reagenzien werden die Zellen in die Kammern gespült. Anschließend eingeleitetes Öl verschließt die Kammern. Die Zellen werden aufgelöst, die freigesetzten Nukleinsäuren vervielfältigt und können z.B. über ein Marker-Gen als Leukämie-Zellen identifiziert werden.

In folgenden Studien wollen die Forscher den Chip einsetzen, um die Verteilung genetischer Mutationen in Leukämie-Zellen zu bestimmen, die mit Resistenzen in Zusammenhang stehen und somit für Rückfälle verantwortlich sein könnten.

Angewandte Chemie: Presseinfo 25/2018

Autor: Daniel T. Chiu, University of Washington (USA), http://depts.washington.edu/chem/people/faculty/chiu.html

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Originalpublikation:

https://doi.org/10.1002/ange.201807314

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Gut vorbereitet ist halb verdaut
16.11.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Übergangsmetallkomplexe: Gemischt geht's besser
16.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Gut vorbereitet ist halb verdaut

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Emulsionen masschneidern

15.11.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics