Diagnosetechnik Mikroloch-Chip hilft, Krebszellen zuverlässig zu identifizieren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Fraunhofer-Forscher haben mit einem Mikroloch-Chip eine Möglichkeit entwickelt, Tumorzellen innerhalb von wenigen Minuten zuverlässig zu identifizieren und zu charakterisieren.

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Der neue Mikroloch-Chip kann 200 000 einzelne Zellen an einer exakten Position fixieren.
Der neue Mikroloch-Chip kann 200 000 einzelne Zellen an einer exakten Position fixieren.
(Bild: Fraunhofer IBMT)

Je mehr Tumorzellen im Blut sind, desto größer ist die Gefahr von Metastasen. Im Blut zirkulierende Tumorzellen sind ein wichtiger Indikator, ob und wie eine Therapie wirkt. Fraunhofer-Wissenschaftler haben einen Mikrolochchip entwickelt, um entsprechende Zellen zu identifizieren und zu charakterisieren.

Denn mit dem bisherigen Analyseverfahren FACS = Fluorescence-Activated Cell Sorting lässt sich die Anzahl der im Blut zirkulierenden Tumorzellen nur grob bestimmen. Bei diesem Verfahren werden die Zellen farblich markiert, sortiert und in verschiedenen Behältern gesammelt.

Das Problem: Die Anzahl der Farben für die Markierung ist begrenzt. Irgendwann überlappen sie sich und man kann sie nicht mehr voneinander unterscheiden. Außerdem gibt es nicht für alle Tumorzellen gute Marker, daher werden sie mit FACS nicht erfasst. Weiterhin lässt sich beim FACS ein Messergebnis nicht eindeutig einer bestimmten Zelle zuordnen, da der Auffangbehälter Tausende von Zellen enthält.

Mikroloch-Chip bietet Platz für 200.000 Zellen

Abhilfe verspricht Dr. Thomas Velten, dessen Team den neuen Mikrolochchip am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT entwickelt hat. „Die Zellen lassen sich aus der Probe problemlos einfangen, für eine anschließende Analyse einzeln positionieren und nach der Analyse auch einzeln entnehmen. Denn hier liegen die Zellen geordnet nebeneinander wie auf einem Präsentierteller. Jede Zelle sitzt auf einem Loch, kann aber nicht durchrutschen. Sie wird von einem leichten Unterdruck angesaugt und fixiert".

In einem gerade zu Ende gegangenen Verbundprojekt zur Identifikation zirkulierender Tumorzellen erfolgte die Zellanalyse in zwei Schritten: Zunächst wurden verdächtige Zellen mit Hilfe eines Mikroskops ausgewählt. Dann wurden sie mit der zeitaufwändigeren Methode der Raman-Spektroskopie eingehend untersucht.

Dabei werden die Zellen mit dem Licht eines bestimmten Frequenzbereichs bestrahlt; anhand der Streuung lassen sich Tumorzellen sicher identifizieren. Mit dem IBMT-Chip aus Siliziumnitrid ist das kein Problem – mit Chips aus Glas oder Kunststoff unmöglich, da die Materialien die spektroskopische Messung stören.

Ein weiterer Vorteil des Chips: Er bietet Platz für 200.000 Zellen, die innerhalb von wenigen Minuten auf ihr Loch rutschen. Nur wenn die Probe groß genug ist, kann man zirkulierende Tumorzellen überhaupt finden, weil sie im Blut in nur sehr kleiner Menge vorkommen. Ältere Chips haben rund 1000 Löcher. Das ist für diese Anwendung zu wenig.

Die Tumorzellen auf dem Chip können mit einer Mikropipette einzeln entnommen und weiter untersucht werden. Denn der Unterdruck ist so gewählt, dass er die Zellen zwar festhält, aber nicht beschädigt. Eine molekularbiologische Analyse kann Hinweise liefern, warum ein Medikament bei den Tumorzellen gewirkt oder versagt hat.

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