Mikrofluidisches System zur Erkennung von Krebszellen
Krebszellen aus Metastasen oder Primärtumoren siedeln sich meist über die Blutbahn ab. Diese zirkulierenden Tumorzellen (CTC) könnten diagnostisch und therapeutisch relevant sein, wenn es gelänge, sie im peripheren Blut der Patienten zu identifizieren und zu quantifizieren. Da die Detektion und Isolation der vereinzelten Zellen im Blut jedoch schwierig ist, werden modernste mikrofluidische Systeme benötigt. Das EU-finanzierte Projekt BIOMEDMICROFLUIDICS (Modelling and optimization of microfluidic devices for biomedical applications) sollte daher effektive Optimierungstechniken für diese Geräte entwickeln. Mit einem Computerprogramm, das die Forscher entwickelten, können komplexe Prozesse in mikrofluidischen Systemen berechnet werden. Das Modell beschreibt verschiedene Zellphänomene wie Flüssigkeitsdynamik, Fluid-Struktur-Interaktion, Einzelzellbewegungen und wechselseitige Kollisionen. Das Modell muss auch in der Lage sein, verschiedene elastische Eigenschaften darzustellen, die sich aus Biologie und mechanischen Eigenschaften der Zelle ergeben. Zudem wurde ein Modell der durch Rezeptor-Ligand-Bindungen vermittelten Adhäsion entwickelt, die durch die Elastizität der Bindungen kontrolliert wird. Mit dem Modell wurden verschiedene Arten mikrofluidischer Systeme und insbesondere die Erfassung seltener CTCs analysiert. Geklärt werden sollte, in welcher Weise Hämatokrit den Weg der CTCs beeinflusst, wobei sich zeigte, dass die Zelladhäsion bei hoher Populationsdichte deutlich nachlässt. Außerdem muss die Zellverformung kontrolliert werden, um Zellschäden zu vermeiden. Inwieweit es zu solchen Schäden kommt, wurde durch Messen der intrazellulären Calciumkonzentration (Marker für Zellaktivierung) ermittelt. Das Computermodell steht über ein wissenschaftliches Open-Source-Paket der Forschung zur Verfügung. Neben diagnostischen Anwendungen könnte das neue Modell langfristig auch die Entwicklung personalisierter Echtzeittherapien befördern, bei denen die CTC-Zahl bekannt sein muss.
Schlüsselbegriffe
Mikrofluidisches System, Krebs, Blut, zirkulierende Tumorzellen, Adhäsion, Hämatokrit, intrazelluläres Calcium
