Niedrig

Bildnachweis: dra_schwartz/Getty Images

Von Gail Dutton

Elektroporation ist eine etablierte Methode, um unerwünschte Zellen aus heterogenen Zellproben zu entfernen, Zellbestandteile zu extrahieren und Moleküle durch Zellmembranen zu transportieren. Das gezielte Angreifen einzelner Zellen erfordert jedoch eine Vorsortierung oder Einzelzelltechnologien und schädigt die Zellen häufig.

Im Gegensatz dazu zeigten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie in einer Proof-of-Concept-Studie, dass sie vorbestimmte Zellen, die auf der Grundlage der hochwertigen mikroskopischen Analyse fluoreszierender Zellen identifiziert wurden, in Echtzeit elektroporieren konnten. Die Vorteile der Anwendung stark lokalisierter elektrischer Felder anstelle der Massenelektroporation liegen in einer verbesserten Kontrolle und Reproduzierbarkeit.

Das Team unter der Leitung von Michael Kirschbaum, PhD, Gruppenleiter für mikrofluidische Zellverarbeitung und Zellanalytik, färbte die Zielzellen mit 10 µm Durchmesser mit grüner Fluoreszenz und die Nichtzielzellen mit blauer Fluoreszenz. Aufgrund ihrer geringen Größe konnten einzelne Zellen selektiv poriert werden, sofern der Zellabstand ebenfalls mindestens 50 µm betrug. Nach der Poration wurden die Zellen vom Chip abgespült und in einer 96-Well-Platte gesammelt.

Diese Methode erreichte eine Spezifität von über 90 %, eine durchschnittliche Porationsrate von über 50 % und einen Durchsatz von bis zu 7.200 Zellen pro Stunde. Die theoretische maximale Durchflussrate beträgt etwa 18.000 Zellen pro Stunde. Bezüglich der Empfindlichkeit führten stärkere Elektroporationsimpulse zu besseren Porationsraten. Leider verringerten die stärkeren Impulse die Zellvitalität. Nach drei Tagen waren fast 20 % der mit 9 kV/cm-1 gepulsten Zellen lebensfähig, verglichen mit etwa 40 % bei 7 kV/cm-1 und 90 % bei 5 kV/cm-1.

Die Chipleistung nahm mit der Zeit ab, berichtete die Zeitung. „Normalerweise haben wir jeden Chip für drei Experimente mit insgesamt etwa 20.000 verarbeiteten Zellen verwendet“, sagten Kirschbaum und Erstautor Felix Pfisterer, Diplom-Ingenieur, gegenüber GEN.

Die Wissenschaftler sagten, sie erwägen eine Einwegversion der Mikrofluidik-Chips und erwägen gleichzeitig Möglichkeiten, ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Zu den Optionen können „die Erhöhung der Dicke der Porationselektrode, das Aufbringen von Schutzbeschichtungen oder die Optimierung der Impulsform gehören, um die höchsten Porationseffekte bei der niedrigsten Spannung zu erzielen“.

Künftige Experimente könnten so konzipiert werden, dass sie „die Fähigkeit des Systems zur Zelltransfektion oder Extraktion von intrazellulärem Material mit Einzelzellauflösung zeigen“, bemerkten Kirschbaum und Pfisterer und fügten hinzu, dass diese Methode einfach und kostengünstig sei und hauptsächlich handelsübliche Ausrüstung verwende. Es könne leicht parallelisiert werden und mehrere Arten von Zellzielen verarbeiten, fügten sie hinzu.

Bevor es kommerzialisiert werden könne, müsse es optimiert werden. Dazu gehört die Erhöhung des Durchsatzes und die Anpassung der Methode, um eine Sterilisation zu ermöglichen, sowie die Skalierung der Produktionslinien.