Zell-basierte Sensorik

Seit 01.01.2017 gehören Entwicklung und Anpassung oder Optimierung von zell-basierten Sensoren und/oder Assays zu dem Leistungsangebot der Fraunhofer EMFT. Das Team am Fraunhofer EMFT Standort Regensburg bietet Beratung über geeignete Detektionsprinzipien, Materialauswahl, deren Funktionalisierung und Integration in individuelle Untersuchungsumgebungen bis hin zur Datenanalyse, sowie Machbarkeitsstudien für spezielle Assayformate und –technologien an.

© Foto Fraunhofer EMFT

Organische Einwegpolymerelektroden für die Impedanzanalyse lebender Zellen

In allen Bereichen der grundlegenden wie auch der angewandten biomedizinischen Forschung spielen experimentelle Untersuchungen an lebenden menschlichen und tierischen Zellen (zell-basierte Assays) eine herausragende Rolle. Die aus den verschiedenen Organen und Geweben des Körpers isolierten und im Labor kultivierten Zellen erlauben Experimente an lebenden Modelsystemen im Hochdurchsatz, ohne dazu auf Versuchstiere zurückgreifen zu müssen.

Im Bereich zell-basierte Sensorik werden physikalische Signalwandler wie z.B. Metall- oder Polymerelektroden entwickelt, auf denen die zu untersuchenden Zellen aufwachsen können, so dass sich deren Reaktion auf einen experimentellen Stimulus (Chemikalien, Pharmaka, Mikroorganismen) nicht-invasiv und ohne Einsatz von zusätzlichen Reagenzien (label-free) verfolgen lässt. Die zur Messung eingesetzten physikalischen Prinzipien und Materialien sind dabei so gewählt, dass eine Beeinflussung der Zellen während der Messung unterbleibt. Die einzelnen Signalwandler werden allein oder kombiniert in das Zellkulturgefäß integriert und erlauben so, die Zellen berührungslos und mit einer maßgeschneiderten zeitlichen Auflösung von Millisekunden bis Tagen zu beobachten. Die Einsatzgebiete dieser zell-basierten Sensoren sind ungemein vielschichtig. Sie reichen von grundlegenden medizintechnischen Fragestellungen über Wirkstoffentwicklung und Toxizitätsprüfung bis hin zur regenerativen Medizin. Dabei werden sehr verschiedene zellphysiologische Parameter unter dem Einfluss eines äußeren Reizes messbar gemacht wie die Vitalität, die Geschwindigkeit der Zellteilung, die Geschwindigkeit der Zellwanderung oder die Änderungen des Zellvolumens.

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Nieren Zellen wachsen auf inter-digitierenden Goldfilmelektroden (Bild 1) oder auf transparenten Polymerelektroden (Bild 2) und sind so einer elektrochemischen Beobachtung zugänglich.