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Zellveränderungen schneller erkennen

26.02.2020

In einem kooperativen Forschungsprojekt der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ), des Fraunhofer-Anwendungszentrum für Oberflächentechnologien und Optische Messtechnik (AZOM) und des Forschungsinstituts Leder und Kunststoffbahnen (FILK) untersuchen Wissenschaftler, wie Veränderungen in Zellkulturen von Knorpel- und Weichgewebe detektiert werden können.

Ein Ziel des Forschungsprojektes ist die Überwachung von Zellen sowie die Früherkennung von Veränderungen und Zellschäden. Dies ist vor allem wichtig, wenn die Verträglichkeit neuer Medikamente oder Kosmetika untersucht werden soll.


Mikroskopaufnahme gesunder Knorpelzellen.

© Fraunhofer IWS Dresden


Mona Seemann, wissenschaftliche Hilfskraft am Fraunhofer AZOM, im zellbiologischen Labor des FILK Freiberg bei Untersuchungen von Knorpel-Zellkulturen.

© Fraunhofer IWS Dresden

In konventionellen Test erfolgt die Detektion der Zellgesundheit mit Hilfe biochemischer Tests, die z. B. die Stoffwechselaktivität der Zellen bestimmen. Das Ergebnis der Wirkung liegt häufig erst nach mehreren Tagen vor.

Übergangszustände und Informationen, wann genau erste Schäden auftreten, werden bisher nicht erfasst. Dadurch kann die Wirkung nur anhand des Endergebnisses beurteilt werden. Wenn z. B. ein Medikament zu einem früheren Zeitpunkt in den Zellen eine besondere Reaktion hervorruft, ist das am Ende des Versuchs nicht mehr erkennbar.

Neues optisches Messverfahren entwickelt

Hier setzt das kooperative Forschungsprojekt an. Für die Untersuchung der Vitalität von Zellen insbesondere bei Knorpel- und Weichgewebe, wurde vom Leupold-Institut für Angewandte Naturwissenschaften der WHZ gemeinsam mit dem Fraunhofer AZOM ein neues optisches Messverfahren entwickelt, das eine Online-Messung der Zellen ermöglicht.

Die Basis dafür ist ein »Weißlichtlaser«, auch Superkontinuumsquelle genannt. Durch intensive, ultrakurze Pulse ermöglicht dieser eine zerstörungsfreie Analyse von Zellkulturen. Für die Versuche werden primäre, aus Gewebe isolierte Zellen eingesetzt.

Diese werden im biologischen Labor des FILK kultiviert und in unterschiedliche Zustände, z. B. durch die Zugabe von Toxinen, versetzt. Für die Auswertung und Erfassung der stofflichen Veränderung sowie Größe und Anzahl der Zellen entwickeln die Wissenschaftler ein automatisiertes optisches Messverfahren.

Mithilfe neuer Methoden der Datenanalyse werden die Zellzustände nun mit hoher Empfindlichkeit erfasst. Die Technik ermöglicht eine Analyse dicker, tiefergelegener Zellschichten, was für Untersuchungen an dreidimensionalen Zellkulturen und Geweben bedeutsam ist.

Hintergrund

In der Forschung werden Zellen zur Aufklärung der Mechanismen von Krankheiten untersucht. Dabei werden einzelne Zellen oder deren Bestandteile mit Hilfe von weißem Laserlicht analysiert und nach Strukturmerkmalen differenziert. Umwelteinflüsse wie Gift oder Schadstoffe, die Verabreichung von Medikamenten oder Verwendung von Kosmetika können Veränderungen in unseren Zellen herbeiführen. Eine rechtzeitige Erkennung möglicher Zellschäden ist etwa bei Produkttests in der Pharma- und Kosmetikindustrie hilfreich.

Über das Anwendungszentrum für Oberflächentechnologien und Optische Messtechnik AZOM

Das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS betreibt in Kooperation mit der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien (AZOM). Dort erforschen und entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die neuesten Ansätze der optischen Messtechnik, Bildverarbeitung, Prozesskontrolle und Oberflächencharakterisierung.

Ziel ist es, die Forschungsergebnisse schnell und direkt in applikationsspezifische Lösungen für industrielle Prozesse zu transferieren. Das AZOM bildet eine Schnittstelle zwischen angewandter Wissenschaft und Industrie in den Feldern Medizintechnik, Kraftfahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Halbleitertechnologie.

Über die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ)

Die Westsächsische Hochschule Zwickau ist eine Hochschule mit den Schwerpunkten Technik, Wirtschaft und Lebensqualität. An acht Fakultäten mit etwa 50 Studiengängen sind rund 3 800 Studierende aus knapp 50 Ländern immatrikuliert. In der angewandten Forschung ist die WHZ besonders erfolgreich. Projekte wie die Entwicklung einer Servicedatenbrillenanwendung für die Produktion, die Herstellung von kapazitiven Energiespeichern mit extrem hoher Ladungsträgerdichte oder die Entwicklung eines automatisierten Plug‐In‐Systems für den elektromobilen öffentlichen Personennahverkehr verbinden 120 Jahre Tradition in der Ingenieursausbildung mit den Anforderungen der Zukunft.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Leiter AZOM: Prof. Dr. Peter Hartmann
Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM
Keplerstraße 2, 08056 Zwickau
Telefon +49 375 536-1538
peter.hartmann@iws.fraunhofer.de

www.iws.fraunhofer.de

Originalpublikation:

https://www.iws.fraunhofer.de/de/presseundmedien/presseinformationen/2020/presse...

Markus Forytta | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

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