Skip to main content

DropletMicroarrays: Ultra High-Throughput Screening of Cells in 3D Microenvironments

Article Category

Article available in the folowing languages:

Neues miniaturisiertes Mikroarray-System zur Personalisierung des Wirkstoffscreenings

Trotz technologischer Fortschritte mangelt es an schnellen und kostengünstigen Ansätzen für das Wirkstoffscreening. Eine Hochdurchsatzmethode soll nun das Wirkstoffscreening revolutionieren und personalisierte Medizin der Realität einen Schritt näher bringen.

Grundlagenforschung

Bestehende Methoden für das Wirkstoffscreening sind arbeitsaufwendig und erfordern sowohl eine hohe Anzahl von Zellen als auch kostspielige automatische Geräte. Darüber hinaus können bei Biopsien oft nicht genügend Zellen für herkömmliche Ansätze entnommen werden, was eine weitere Miniaturisierung der Assays für das Wirkstoffscreening erforderlich macht.

Ein Mikroarray mit hohem Durchsatz für das Wirkstoffscreening

Das EU-finanzierte Projekt DROPCELLARRAY nutzte die einzigartigen Eigenschaften von superhydrophoben und hydrophilen Mikroarrays zur Schaffung einer neuartigen Plattform für das Wirkstoffscreening. „Unser Ziel war die Entwicklung eines miniaturisierten Hochdurchsatzsystems für das Wirkstoffscreening in lebenden Zellen“, erklärt Projektkoordinator Dr. Pavel Levkin. Mit der DROPCELLARRAY-Technologie können bis zu 300 000 Zellversuche parallel in winzigen Mikrotropfen auf einem einzigen Chip durchgeführt werden. Dabei wird jeder Tropfen an einer bestimmten Stelle auf dem Chip isoliert, wodurch eine räumliche Indizierung, Zeitraffermessungen und ein Screening von entweder anhaftenden oder nicht anhaftenden Zellen ermöglicht werden. Die superhydrophoben Barrieren gestatten eine vollständige Isolierung der Mikroreservoirs und verhindern so Kreuzkontamination und Zellmigration. Wichtig ist, dass das winzige Volumen der Tropfen im Vergleich zu herkömmlichen Mikrotiterplatten die Analyse von sehr wenigen Zellen wie seltenen Stamm- und Primärzellen zulässt. Gleichzeitig werden dadurch Kosten eingespart und die Anzahl an benötigten Reagenzien verringert. Die Forschenden entwickelten die Oberflächenchemie, Photochemie und Strukturierungstechnologie dahingehend weiter, dass transparente und biokompatible Muster auf den Mikroarrays erzeugt werden können. Dies war von größter Bedeutung für die Schaffung superhydrophober Barrieren und die Unterteilung der Tausenden Screening-Reaktionen auf dem Array. „Die bedeutendste Errungenschaft des Projekts ist zweifellos, dass ein völlig neues Tropfen-Mikroarray auf der Basis von superhydrophoben und hydrophilen Mikroarrays von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung an realen Zellen umgesetzt wurde“, betont Dr. Levkin. Rückblickend gesteht er ein, dass „dies ohne die harte Arbeit und Motivation des DROPCELLARRAY-Teams, das ein erfolgreiches Produkt entwickelt hat, das heute von vielen Laboren, darunter auch von mehreren Pharmaunternehmen, verwendet wird, nicht möglich gewesen wäre.“

Eine Mikroarray-Plattform zur Unterstützung der 3D-Kultur von Zellen

Die DROPCELLARRAY-Plattform ermöglicht die Zellkultivierung in 3D-Systemen wie Hydrogelen, Zellsphäroiden oder Embryoidkörpern. 3D-Kultursysteme sind vor allem physiologisch relevant, da sie die In-vivo-Mikroumgebung von Zellen imitieren und letztere bei ihrem natürlichen Wachstum unterstützen. Hydrogele sind weiche, hydrophile, vernetzte Polymere, die von den Wissenschaftlern zur Erzeugung einer Kulturmikroumgebung verwendet wurden, welche die Analyse und Vermehrung von Stammzellpopulationen unterstützen kann. Diese Zellen sind nur schwer zu kultivieren, da sie ihr Stammzellpotential schnell verlieren und sich differenzieren. Daher wird DROPCELLARRAY voraussichtlich in der Stammzellforschung, der regenerativen Medizin und der Zellbiologie im Allgemeinen Anwendung finden.

Zukunftsaussichten für die DROPCELLARRAY-Technologie

Die Tropfen-Mikroarray-Plattform wurde von Forschungspartnern aus der Wissenschaft und mehreren Pharmaunternehmen erfolgreich evaluiert. Die Arrays sind über das Spin-off-Unternehmen Aquarray GmbH erhältlich, das Produkte für personalisierte Medizin, Zellscreening und miniaturisierte Zellversuche entwickelt. Das Unternehmen wirbt aktiv wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an und hofft, Investoren für die Weiterentwicklung der Technologie und die Erweiterung seiner Anwendungen zu gewinnen. Zu den zukünftigen Zielen gehört es, sicherzustellen, dass die DROPCELLARRAY-Technologie in jedem Labor und in jedem Biotech- oder Pharmaunternehmen der Welt verfügbar sein wird. Letztendlich beabsichtigt Dr. Levkin, die Technologie „in Krankenhäusern für personalisierte medizinische Anwendungen einzusetzen, um biologische Entdeckungen zu beschleunigen und die Materialsynthese zu unterstützen.

Schlüsselbegriffe

DROPCELLARRAY, Wirkstoffscreening, Tropfen, superhydrophobe und hydrophile Mikroarrays, Aquarray

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich