Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTBei der Entwicklung neuer Arzneimittel oder der Toxizitätsbewertung von Chemikalien können Tierversuche reduziert werden, wenn die Aktivitätsprüfung statt an Tieren an Zellkulturen im Labor durchgeführt wird. Ein neuer Trend in der experimentellen Biomedizin setzt statt zweidimensionaler Zellschichten auf dreidimensionale Gewebemodelle, weil sie den natürlichen Zustand realistischer abbilden. Zur Überwachung ihrer Stoffwechselaktivität sind analytische Verfahren notwendig, die deren Zustand im Verlauf einer Aktivitätsprüfung überwachen und dokumentieren. Optische Verfahren stoßen hier häufig an ihre Grenzen, weil sichtbares Licht nur eine sehr limitierte Eindringtiefe in Gewebe besitzt.
T-Sense-3D: Ein neues Werkzeug für die Arzneimittelentwicklung?
Präzise Temperaturmessung an 3D-Gewebemodellen als Alternative zu Tierversuchen
Multiwell-Platte mit integrierten Interdigitalelektroden für Monitoring von Zellkulturen
Im Projekt "T-Sense-3D" soll die Überwachung des Zellstoffwechsels und seiner Änderungen durch hochpräzise Temperaturmessungen erfolgen. Die Temperatur gilt als der umfassendste Parameter zur Beobachtung des zellulären Stoffwechsels, da nur lebende, stoffwechselaktive Zellen Wärme produzieren. Jede äußere Beeinflussung der Zellen führt zu Änderungen des Stoffwechsels und damit zu einer Änderung der Temperatur, die jedoch nur wenige Grad Celsius beträgt. Für eine derart präzise Temperaturmessung sind neue analytische Verfahren notwendig.
Präzise Temperaturmessung mit neuartigen Materialien
Als ein Teil des Projektes werden zur Umsetzung neuartige Materialien aus maßgeschneiderten Polymerketten und Nanopartikel-Beimengungen erforscht. Diese Materialien ändern ihren elektrischen Widerstand in einem sehr kleinen Temperaturfenster um ein Vielfaches. Die Messung des elektrischen Widerstandes ermöglicht so eine hochpräzise Temperaturmessung. Im Rahmen des Projektes sollen diese Temperatursensoren mit Methoden der Massenproduktion (Rolle-zu-Rolle) in Zellkulturgefäße integriert werden, um den Einsatz in der Wirkstoffprüfung auch mit hohem Durchsatz zu ermöglichen. Um diese Form der Temperaturmessung an 3D-Gewebemodellen auf dem Markt zu etablieren, ist die Erforschung von maßgeschneiderter Messelektronik und Software ebenso Teil des Forschungsprojektes wie die Demonstration der Funktionalität des Gesamtsystems in biologischen Modelstudien.
Neue Wege für biomedizinische Forschung
Das auf drei Jahre angelegt Projekt wird durch Lösung einer ambitionierten materialwissenschaftlichen Fragestellung dazu beitragen, eine oft beklagte technologische Lücke zu schließen: die quantitative Untersuchung von 3D-Gewebe-modellen in Echtzeit und mit mittlerem Durchsatz. Damit werden nicht nur in der Arzneimittelentwicklung, sondern in der gesamten Biomedizin neue Wege eröffnet.
Das Projektkonsortium besteht aus den Unternehmen FEW Chemicals GmbH, ibidi GmbH und nanoAnalytics GmbH, dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT und der Technische Universität München.
Das Projekt wird durch das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
