Zeitrafferaufnahmen von Zellen mit Inkubator-Mikroskop

27.05.2014 - Deutschland

Brutschränke und Mikroskope sind wichtige Instrumente für Biologen und Mediziner. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT hat die Funktionalität dieser beiden Geräte auf neuartige Weise in einem kompakten, stark miniaturisierten System vereint. Dieses eignet sich für mehrwöchige Zeitrafferaufnahmen und automatische Beobachtungen von Zellkulturen. Das Inkubator-Mikroskop ist nicht größer als eine Getränkedose und kostet 30 Mal weniger als Brutschrank und Mikroskop zusammen.

Zellen spielen in der Medizin und Biotechnologie eine große Rolle. Sie brauchen wie Menschen Nährstoffe, um zu überleben. Beim Kultivieren menschlicher und tierischer Zellen müssen Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit exakt definiert und zeitlich sehr konstant gehalten werden. Besonders aufschlussreich sind Zeitrafferaufnahmen über Wochen, da gerade bei der Vermehrung und Differenzierung von Zellen sehr viel passiert. Bisher werden für diese Zwecke kleine Inkubatoren auf herkömmlichen Mikroskopen benutzt. Diese brauchen etwa einen Quadratmeter Platz. Werden mehrere solcher Systeme parallel eingesetzt, wird dieser Aufwand schnell ineffektiv. Innovative Lösungen sind gefordert, um den Platz- und Kostenaufwand erheblich zu reduzieren, ohne dass die Qualität der Kultivierung und der Mikroskopaufnahmen leidet.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert stellen nun auf der MEDTEC ein miniaturisiertes Inkubator-Mikroskop vor. Dieses System ermöglicht sowohl Zeitrafferaufnahmen von Zellen in Kultur als auch die Aufnahme von Fluoreszenzbildern bei verschiedenen Wellenlängen. Eine miniaturisierte Inkubationskammer sowie die Steuerelektronik sind in das System integriert und gewährleisten definierte Zellkulturbedingungen. Die Zellen wachsen am Boden der miniaturisierten Inkubationskammer auf einem dünnen, auswechselbaren Glasplättchen und werden kontinuierlich mit Nährmedium versorgt. Im Inkubator sind lediglich die Temperatur und die Flussrate des Nährmediums konstant zu halten. Das miniaturisierte Inkubator-Mikroskop ist ausgesprochen preiswert und kann hochparallel bei geringem Platzbedarf betrieben werden. Trotz seiner miniaturisierten Bauform produziert es annähernd so gute Bilder wie große Mikroskope.

Prototypen sind bereits in verschiedenen Forschungsprojekten im Einsatz. »Das System läuft stabil und kann für Zeitrafferaufnahmen über mehrere Wochen genutzt werden«, sagt Dr. Thomas Velten, Leiter der Abteilung Biomedizinische Mikrosysteme. Das Gerät erfasst kontinuierlich Daten und speichert diese auf einem Computer. Die Bilddaten lassen sich jederzeit abrufen und mittels entsprechender Bildverarbeitungssoftware auswerten.

»Unsere Kunden erhalten ein für ihre Einsatzzwecke angepasstes kostengünstiges und platzsparendes biomedizinisches Analysewerkzeug höchster Qualität«, sagt Velten. Die Anwendungen für das Inkubator-Mikroskop sind vielfältig: So lassen sich beispielsweise die Reaktionen von Zellen auf Nanopartikel oder Umweltnoxen untersuchen. Ein weiteres aktuelles Einsatzgebiet ist die Stammzellforschung. »Das Gerät ist kompakt, mobil, sehr effizient und arbeitet vollautomatisch«, schließt Velten.

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