Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Zellsortierung mit Licht

24.03.2016

Im Blut zirkulierende Zellen sowie Biomoleküle sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse einen Schlüssel für hochwirksame, individuelle Therapiekonzepte darstellt. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT den AnaLighter, einen Mikrochip-basierten Sorter entwickelt. Mit Licht werden klinisch relevante Zellen in einer Blutprobe nachgewiesen und für weitere Untersuchungen schonend isoliert. Der AnaLighter wird erstmalig vom 12. bis 14. April auf der Medtec 2016 in Stuttgart vorgestellt.

Der AnaLighter, ein µFACS (Microchip Based Fluorescence Activated Cell Sorter), kann bis zu sechzehn verschiedene Zelltypen nachweisen und sie in separate Probengefäße auftrennen. Dabei erfolgt die Sortierung schonend in einem mikrofluidischen Sortier-Chip, ohne dass Vitalität und Teilungsfähigkeit der Zellen beeinträchtigt werden.


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

© Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.


Bild 2: Laserstrahlmatrix zum Nachweis diagnostisch relevanter Zellen im Blut.

© Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.

Sortieren von Zellen mit Licht

Zellen weisen charakteristische Proteine auf, die in der Zellmembran eingelagert sind. Diese Proteine besitzen eine für sie typische Struktur, an die Markermoleküle spezifisch anbinden können. Versieht man diese Markermoleküle mit einem Fluoreszenzfarbstoff, kann dieser durch Anregung mit Licht einer definierten Wellenlänge sichtbar gemacht werden.

Der AnaLighter besitzt sechzehn Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, die in die wenige Mikrometer breiten Kanäle des Sortier-Chips fokussiert werden und dort die markierten Zellen zum Leuchten anregen. Ein Fasernetzwerk leitet das im Laserfokus entstehende Fluoreszenzlicht auf ein optisches Detektionssystem weiter.

Dort wird die Fluoreszenzinformation analysiert und die von einem bestimmten Fluoreszenzfarbstoff codierte Zelle identifiziert. Mit Hilfe von fokussiertem infrarotem Laserlicht lassen sich die Zellen gezielt durch ein Netzwerk von fluidischen Verzweigungen dirigieren und damit sortieren. Die zuvor gemessene Fluoreszenzinformation gibt vor, wo eine Zelle einsortiert werden soll.

Der Sortiervorgang erfolgt durch einen opto-fluidischen Schaltprozess. Dabei wird die Zelle an einer Verzweigung immer in denjenigen Abzweig gelenkt, der zuvor mit IR-Licht beaufschlagt wurde. Durch die Kombination vieler solcher optisch schaltbarer Verzweigungen können komplexe Sortierstrukturen aufgebaut werden, die im Falle des AnaLighter einen mikrofluidischen Kanal auf bis zu sechzehn Kanäle auftrennen. Diese Kanäle münden in je ein Sammelgefäß und erlauben die simultane Sortierung von sechzehn verschiedenen Zelltypen.

Entscheidender Zeitgewinn für Infektionsdiagnostik und Resistenzschnelltest

Der AnaLighter eignet sich hervorragend für den Einsatz in der Infektionsdiagnostik zum Nachweis und zur Isolation von Pathogenen im Blut. Insbesondere bei bakteriellen Erregern im Blut (Sepsis) können die isolierten Pathogene weiterkultiviert und zum Wirksamkeitstest für Antibiotika in vitro verwendet werden. Er benötigt für die Isolation der Erreger und die Ablage in einem miniaturisierten Kulturgefäß zwei Stunden. Weitere Vermehrungsschritte sowie die Testung verschiedener Antibiotika führen zu einer Gesamtdiagnosedauer von rund neun Stunden. Danach liegt ein patientenindividuelles Wirkprofil von Antibiotika für die Therapie einer bakteriellen Infektion im Blut vor.

Im Vergleich zu herkömmlichen Resistenztests bei bakteriellen Infektionen spart die Diagnose mit AnaLighter bis zu 40 Stunden und damit wertvolle Zeit. Dieser Zeitgewinn entscheidet im Hinblick auf die Wahl der Therapie für teil- oder multiresistente Krankenhauskeime häufig über Leben und Tod.

Einsatz in der Tumorfrüherkennung

Tumorzellen zirkulieren bereits in einem sehr frühen Stadium einer Krebserkrankung im Blut. Ihr Nachweis kann zur Frühdiagnostik einer Krebserkrankung verwendet werden, noch bevor die Krankheit Symptome hervorruft oder mit bildgebenden Verfahren nachweisbar ist. Mit AnaLighter können zirkulierende Tumorzellen im Blut nachgewiesen und zur weiteren klinischen Untersuchung isoliert werden. Die isolierten Zellen stehen dann für eine wissensbasierte patientenindividuelle Therapieauswahl mit signifikant erhöhten Therapieerfolg zur Verfügung.

Multiplexdiagnostik: Nachweis vieler Erkrankungen mit einer Analyse

Die sechzehn verschiedenen Detektionskanäle des AnaLighter können für den gleichzeitigen Nachweis verschiedener Markermoleküle im Blut verwendet werden. Eine solche Multiplexdiagnostik erlaubt in einem einzigen Markierungsschritt und bei nur einem Messdurchlauf den Nachweis von sechzehn verschiedenen Krankheiten. Bei einer solchen Multiplexanalyse können die Krankheitsmarker durch einen Cocktail von Mikropartikeln aus einer Blutprobe spezifisch gebunden und über die Partikelfluoreszenz nachgewiesen werden. In den jährlichen Routinechecks beim Hausarzt könnten somit aus einer Blutprobe in einem einzigen Test eine Vielzahl möglicher Erkrankungen früh diagnostiziert werden, um damit Volkskrankheiten wie z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorzubeugen.

Fraunhofer ILT auf der Medtec

Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 3A11 in Halle 3 der »International Exhibition for European Medical Device Manufacturers - Medtec« (12.-14. April in Stuttgart) stellen unsere Wissenschaftler erstmalig den AnaLighter vor.

Ansprechpartner

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

Dr.-Ing. Martin Wehner
Gruppenleiter Biotechnik und Lasertherapie
Telefon +49 241 8906-202
martin.wehner@ilt.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de/
http://s.fhg.de/45Q

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Roboter zeichnet Skizzen von Messebesuchern
22.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

nachricht Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital
19.06.2018 | Fraunhofer IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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