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JOURNAL ONKOLOGIE – NEWS
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23. Januar 2013

Forschung: Tumorzellen in Mikrokanälen diagnostizieren

Tumorzellen können sich über den Blutkreislauf im gesamten Körper verteilen und Matastasen bilden. Oft ist die Zahl dieser „zirkulierenden Tumorzellen“ jedoch so gering, dass herkömmliche Methoden zur Charakterisierung dieser Zellen nicht mehr funktionieren. Ein neuer Zellseparator hilft, diesen Mangel zu beheben.

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Abb. 1: KG1-Tumorzelle als Modell mit spezifisch gebundenen Mikrobeads.
 
Abb. 2: Teildarstellung des Separationssystems mit dem Silizium-Glas-Chip und den gefüllten Mikrokanälen.

 

In den letzten Jahren sind bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Tumordiagnostik und -therapie erzielt worden. Trotzdem sind bei Weitem nicht alle Probleme gelöst. Essenziell für eine erfolgreiche Therapie ist die rechtzeitige Diagnose der Erkrankung. Ein entscheidender Schritt hin zur frühzeitigen Krankheitserkennung kann mit einem neu entwickelten Diagnosesystem gelingen. Mit Hilfe dieses Systems werden die zirkulierenden Tumorzellen aus einer Blutprobe separiert und stehen anschließend für die Diagnose zur Verfügung. Das im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „MABAZELL“ (Fkz. 16 SV 3743) entwickelte System besteht aus zwei funktionellen Komponenten:

1. Magnetisierbare Beads mit spezieller Oberflächenbeschichtung
2. Separationssystem auf der Basis eines ortsveränderlichen Magnetfeldes.

Über eine patentierte Mischsonde gelangen die magnetisierbaren Beads (Magnetbeads) in die Blutprobe und binden in kurzer Zeit spezifisch an die gesuchten Tumorzellen (Abbildung, A). Eine Pumpe transportiert das Magnetbead-Blut-Gemisch in die Mikrokanäle eines Silizium-Glas-Chips. Parallel zum Blutstrom fließt der Pufferstrom, der sich jedoch aufgrund der geringen Höhe der Mikrokanäle nicht mit dem Blut mischt (Abbildung, B). Unter dem Einfluss des Magnetfeldes bewegen sich die ungebundenen Magnetbeads, aber auch die gesuchten Zellen, an die die Magnetbeads spezifisch gebunden haben, aus dem Blut in den Pufferstrom. Nach diesem Separationsschritt befinden sich die gesuchten Zellen im Pufferstrom.. Aufgrund der besonderen Eigenschaften der Magnetbeads gelingt es auch, diese wieder rückstandsfrei von den Zellen abzulösen. Nach diesem Schritt stehen die Zellen für aussagekräftige Untersuchungen bereit.

Das neu entwickelte und patentierte Mikrofluidik basierte Separationssystem arbeitet kontinuierlich und ist somit für beliebige Fluidmengen anwendbar. Die Möglichkeit zur Parallelisierung der Chips eröffnet zusätzlich die Möglichkeit, die Fluidmenge pro Zeiteinheit zu erhöhen. Damit ist das System prinzipiell für Anwendungen beispielsweise für die Apherese geeignet. Ebenso sind auch biotechnologische Applikationen beispielsweise zum spezifischen Abtrennen von Zellen aus Bioreaktoren möglich. Projektpartner waren neben dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik aus Heilbad Heiligenstadt das Uniklinikum und die IBA GmbH aus Göttingen, die GeSiM mbH aus Dresden und die intros GmbH aus Heilbad Heiligenstadt.

Quelle: Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.
 
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