Multi-Sensor-Arrays für den Einsatz in Zellen
Krankheiten und Traumata können mit Zellschäden und Funktionsverlust des entsprechenden Organs einhergehen und die Lebensqualität des Kranken stark einschränken. Organtransplantationen sind eine hervorragende Möglichkeit, die ursprüngliche Funktion etwa von Leber, Niere oder Herz wiederherzustellen. Dabei können Gewebetransplantationen (je nach Art des geschädigten Organs) Leben retten und vielen Patienten lebenswichtige Organfunktionen zurückgeben. Obwohl der Weg bis zur Transplantation von Hirngewebe noch weit ist, wurden bereits erste Erfolge bei der Transplantation humaner embryonaler Stammzellen und –gewebe erzielt. Insbesondere bei Erkrankungen des Zentralnervensystems wie Parkinson (PD) sind therapeutische Erfolge zu verzeichnen, und inzwischen sind auch erste klinische Studien für Huntington (HD) angelaufen. Multipotente neuronale Stammzellen (NSC) sind undifferenzierte Zellen, die sich in Abhängigkeit von den Signalen aus dem umliegenden Gewebe zu verschiedenen Zelltypen differenzieren. Transplantierte NSC sind ein häufig verwendetes experimentelles Modell, um Vorgänge zu untersuchen, die bei einer Zellersatztherapie im Zentralnervensystem stattfinden. Genauer erforscht werden müssen jedoch die molekularen Mechanismen der Differenzierung und die funktionelle Integration der Zellen ins Wirtsgewebe. Europäische Forscher riefen das EU-finanzierte Projekt EXCELL (Exploring cellular dynamics at nanoscale) ins Leben, um zelluläre Funktionen und die molekulare Maschinerie in bislang einzigartiger Auflösung darzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, Nanostrukturen, d.h. funktionelle Geräte herzustellen, die nicht größer als Atome oder Moleküle sind. Mit der Entwicklung eines LIC (Lab-in-a-Cell) - ein Motherboard, das in die Zelle eingeschleust wird – kann nun über eine Sensor/Aktuator-Plattform im Nanomaßstab das Verhalten von einzelnen Zellen, Zellverbänden und Geweben in ihrer natürlichen Umgebung untersucht werden. Die LIC-Plattform ist ein Mikrofluidik-Array, auf dem mehrere diagnostische Sensoren aufgebracht sind. Diese registrieren in Echtzeit morphologische Veränderungen wie etwa Bindungsreaktionen und überwachen Veränderungen intrazellulärer Ribonukleinsäuren und anderer Proteine. Mit dem Einsatz von Fluoreszenzmarkern werden auch optische Bildgebungstechniken im Zellinnern möglich. Die Software für die Datenerfassung und Protokolle zur Rauschminderung werden derzeit entwickelt und sind wichtig für den Erfolg des Projekts. Damit könnte die LIC-Plattform von EXCELL die Analyse dynamischer Vorgänge in Zellen und Gewebe revolutionieren, denn ein funktioneller Multi-Sensor-Array ermittelt Veränderungen bereits auf Molekülebene.
