Anwendungsgebiete

Die Anwendungsmöglichkeiten für zellbasierte Assays sind heute so vielfältig wie die Anzahl der Fragestellungen in Forschung und Medizin. Hauptanwendungsfelder sind dabei toxikologische Beurteilungen, das Wirkstoff-Screening, die Diagnose mit patienteneigenem Zellmaterial oder die zelluläre Forschung allgemein.

Der Intelligent Microplate Reader hilft komplexe Zusammenhänge durch die gleichzeitige Betrachtung mehrerer grundlegender Zellparameter näher zu beleuchten.  Er entlastet, durch den hohen Grad an Automatisierung, über mehrere Tage das Laborpersonal und stellt die fehlerfreie Wiederholbarkeit von Experimenten sicher. Aus empfindlichem Probenmaterial von geringer Menge, wie es zum Beispiel bei Biopsiematerial von Patienten oft der Fall ist, können durch den hohen Grad an Parallelisierung wesentliche Daten zuverlässig gewonnen werden.

TOXIKOLOGIE / ONKOLOGIE

Ein Experiment aus dem Bereich Toxikologie / Krebsforschung mit einfachem Aufbau zeigt das Zusammenspiel der unterschiedlichen Sensoriken am besten:

Zellen der Brustkrebslinie MCF-7 wurden in die Sensorplatte ausgesät und zunächst kultiviert, bis sie auf der Oberfläche adhäriert waren. Anschließend wurde die Platte im IMR behandelt und ihre Sensoren kontinuierlich ausgelesen. Dabei wurden zunächst alle Zellen für 12 Stunden ohne den Einsatz von Wirkstoffen kultiviert und anschließend gruppenweise entweder mit 10µM, 25µM oder 0µM (unbehandelte Kontrollgruppe) des Zytostatikums Chlorazetaldehyd durchgehend für weitere 24 Stunden behandelt. Markierungsfrei aufgezeichnet wurden der Sauerstoffverbrauch (A), die extrazellulare Ansäuerung (B) und die Impedanz (C) der Zellen, sowie die Morphologie anhand von regelmäßigen Mikroskopaufnahmen.

Alle Parameter der markierungsfreien Sensoren lassen eine konzentrationsabhängige Schädigung der Zellen nach dem Zugabezeitpunkt des Wirkstoffs (rote gestrichelte Linie) erkennen. Dabei zeigen die unterschiedlichen Zellsysteme, welche durch die gemessenen Parameter Sauerstoffverbrauch (Atmungskette), extrazellulare Ansäuerung (Glykolyse) und Impedanz (Zellzahl, -Adhäsion) repräsentiert sind, unterschiedliche Kinetiken im Verlauf der Zellreaktion.

Die Atmungskette wird durch den Wirkstoff unmittelbar und kontinuierlich negativ beeinflusst, während die Glykolyse in den ersten Stunden “nur” über die blockierenden Eigenschaften des Wirkstoffs auf den Glukosetransport gehemmt wird. Etwa 8 Stunden nach Wirkstoffzugabe ist der negative Effekt bei der Behandlungsgruppe mit der höchsten Wirkstoffkonzentration so groß, dass die Zellen absterben, wobei sich die Zellen von der Sensoroberfläche lösen (Abfall der Impedanz) und auch die Glykolyse zusammenbricht.

Die in regelmäßigen Abständen (20 Minuten) entstandenen Mikroskopaufnahmen der Kulturen unterstreichen die Daten der Impedanzanalyse. 24 Stunden nach der Zugabe des Wirkstoffs zeigen unbehandelte Kontrollzellen einen geschlossenen Zellrasen, mit 10µM behandelte Kulturen einen stabilen Rasen, der allenfalls leichte Lücken zwischen den Zellen zeigt, und mit 25µM behandelte Zellen ein deutliches Abkugeln der Zellkörper, was ein typisches Zeichen für Zelltod darstellt.

MIKROBIOLOGIE / ANALYTIK

Auch im Bereich der Detektion von Keimzahlen in Flüssigkeitsproben konnten sinnvolle Applikationen auf dem Intelligent Microplate Reader geschaffen werden. Generell ist das Arbeiten mit Mikroorganismen und nichtadhärenten Zellen in automatisierten Mikroskopsystemen schwierig, da ständige Bewegung eine Fokusierung nicht ermöglicht. Im Rahmen von Forschungsprojekten hat die HP Medizintechnik GmbH grundlegende Lösungsansätze erarbeitet, die eine Fixierung und analytische Färbung der zu untersuchenden Objekte in der Sensorplatte möglich machen. Bemerkenswert dabei ist, dass Probennahme, Fixierung und Anfärbung der Objekte durch die Robotik durchgeführt werden können. Fluoreszenzaufnahmen der Keime oder Einzelzellen können automatisierten softwarebasierten Auszählungen zugeführt werden, wodurch man eine Aufstellung über die Keim- und Zelldichten erhält.

Im folgenden Beispiel wurden unterschiedliche Verdünnungsgrade einer Kultur von Lactobazillen durch den Roboter in der Sensorplatte fixiert, gespült und gefärbt. Anschließende Aufnahmen des im System integrierten Mikroskops wurden softwareseitig prozessiert und ausgewertet um die Linearität der Keimdetektion zu bestimmen.

Das Ergebnis zeigt eine sehr gute Linearität bei der Detektion unterschiedlicher Keimdichten in flüssigen Proben. Der Ansatz eignet sich zur weiteren Spezialisierung für die Untersuchung von Lebensmitteln, Betriebsflüssigkeiten und Abwasser.

AUFTRAGSFORSCHUNG

Möchten Sie gerne erst Testen ob das System für Ihre Fragestellungen geeignet ist ?

Die HP Medizintechnik GmbH bietet auf dem Intelligent Microplate Reader eine individuell auf die Kundenwünsche angepasste Auftragsforschung mit Planung, Durchführung und Berichtswesen an.

BEREITS IM SYSTEM UNTERSUCHTE ZELLTYPEN

Eine ganze Reihe von verschiedenen Zelltypen wurden bisher mit dem Intelligent Microplate Reader untersucht. Die folgende Liste gibt Ihnen einen Überblick: