Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren Mikrofluidik-Chip, dessen optische Sensoren und Schalter über Lichtleitfasern an den Chip angebunden sind.


Bild 1: Sortier-Chip zur Analyse und Isolation von Zellen in einer Blutprobe.

© Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert


Bild 2: Struktur des Sortier-Chips für die Sortierung von Zellen und Partikeln mit Laserlicht.

© Fraunhofer ILT, Aachen / aligator kommunikation

Die Funktionsweises dieses »Microchip Based Fluorescence Activated Cell Sorter«, µFACS, ist nachfolgend beschrieben: Die über Fluoreszenz zu analysierenden Biomoleküle und Zellen werden durch einen mikrofluidischen Kanal geführt und am Ort der optischen Messung hydrodynamisch auf einen Querschnitt von 10 µm fokussiert. Laserlicht aus einer optischen Faser regt den Analyten im mikrofluidischen Kanal zur Fluoreszenz an.

Mikrooptiken fokussieren das aus der Faser austretende Laserlicht in den mikrofluidischen Kanal, sammeln das dort entstehende Fluoreszenzlicht und führen es über optische Fasern zum Fotodetektor. Dies erlaubt eine deutliche Reduktion des Bauraums und erhöht die Robustheit des µFACS gegenüber dem Stand der Technik. Die »AnaLighter-Technologie« eignet sich daher hervorragend für automatisierte Diagnostikanwendungen im 24/7-Betrieb.

Ferner können durch Fasersplittertechnik kostengünstig mehrere optische Anregungskanäle aus einem Laserstrahl generiert werden. »Der Vorteil unseres µFACS« erläutert der Leiter der Gruppe Klinische Diagnostik am Fraunhofer ILT, Dr. Achim Lenenbach, »liegt in seinen applikationsangepassten kundenspezifischen Lösungen«.

Multispektrale Detektion

Je nach Anwendung können die Aachener Experten die »AnaLighter-Technologie« individuell anpassen: Über standardisierte Faserschnittstellen können Wellenlängen ausgetauscht und leicht an eine spezielle Messaufgabe ohne zusätzlichen Justageaufwand angepasst werden. Mehrere Wellenlängen können in einer Faser überlagert und für multispektrale Messungen genutzt werden.

Aktuell steht Anwendern ein System mit 16 Detektionskanälen unter Verwendung 6 verschiedener Anregungswellenlängen zur Verfügung. Das bedeutet, dass gleichzeitig 16 verschiedene Spezies detektiert werden können. Die Zahl der Detektionskanäle stellt aber keine prinzipielle Limitierung dar und ist bei Bedarf erweiterbar.

Eine Besonderheit der »AnaLighter-Technologie« ist die opto-fluidische Sortierfunktion. Sie beruht darauf, dass die Viskosität des Fluids mit Infrarot-Laserstrahlung thermisch beeinflusst wird. Durch Aufheizen des Fluids vor einer Verzweigung wird der Flüssigkeitsstrom zusammen mit dem vor der Verzweigung nachgewiesenen Analyten umgelenkt und separiert.

Auf diese Weise können Biomoleküle oder Zellen aussortiert und in Probengefäßen auf dem Fluidik-Chip zur weiteren Untersuchung abgelegt werden. Durch die serielle Anordnung von Verzweigungen sind auch komplexe Sortieraufgaben zum Auftrennen verschiedener Spezies lösbar.

Multiplexdiagnostik: Nachweis vieler Krankheitsmarker mit einer Analyse

Die spektral separierten Detektionskanäle des »AnaLighter« können unterschiedliche Markermoleküle im Blut gleichzeitig nachweisen. Bei einer solchen Multiplexdiagnostik werden diese Markermoleküle aus einer Blutprobe durch ein Gemisch von Mikropartikeln spezifisch gebunden, wobei jede Partikelspezies genau eine nachzuweisende Molekülspezies bindet.

Der Nachweis gebundener Markermoleküle wird über ein charakteristisches Fluoreszenzlabel kodiert und dessen Signal von einem der sechszehn Detektionskanäle gemessen. Eine solche Multiplexdiagnostik weist bis zu sechzehn verschiedene Krankheitsmarker mit nur einem Messdurchlauf nach. In den jährlichen Routinechecks beim Hausarzt könnten so mit einem einzigen Bluttest eine Vielzahl möglicher Erkrankungen früh diagnostiziert werden, um damit Volkskrankheiten wie z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorzubeugen.

Tumorfrüherkennung

Die µFACS-Technologie des Fraunhofer ILT kann im Gegensatz zu herkömmlichen FACS-Systemen neben wässrigen Lösungen auch Wasser-in-Öl Emulsionen prozessieren. Dabei werden wenige Mikrometer große wässrige Tröpfchen in einem öligen Fluid als Trägermedium durch den fluidischen Kanal geführt. Die wässrigen Tröpfchen können als abgeschlossene Reaktionsvolumina für Screening-Anwendungen in der Chemie oder Biotechnologie verwendet werden. Die Sortierfunktion bietet zudem die Möglichkeit, beim Screening die geeigneten Kandidaten abzulegen, um z.B. bei gentechnisch veränderten Varianten die relevanten Gensequenzen zur Verfügung zu stellen.

Fraunhofer ILT auf der COMPAMED

Vom 13.-16. November 2017 zeigen unsere Wissenschaftler die »AnaLighter-Technologie« auf dem IVAM-Gemeinschaftsstand F34.4 in Halle 8a.

Kontakt

Dr. rer. nat. Achim Lenenbach
Leiter der Gruppe Klinische Diagnostik und mikrochirurgische Systeme
Telefon +49 241 8906-124
achim.lenenbach@ilt.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de
http://www.ilt.fraunhofer.de/de/messen-und-veranstaltungen/messen/compamed-2017

Petra Nolis M.A. | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

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: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

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...

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

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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