Entwicklung einer universellen Lab-on-a-Chip-Plattform für die automatisierte und validierte Charakterisie­rung von Analyt-Ligand- und Zell-Analyt-Wechselwirkun­gen

Von der Europäischen Union und dem Freistaates Sachsen gefördert, läuft derzeit das Verbundprojekt „Entwicklung einer universellen Lab-on-a-Chip-Plattform für die automatisierte und validierte Charakterisierung von Analyt-Ligand- und Zell-Analyt-Wechselwirkungen“. Im Focus steht die Applikation solcher Plattformen u. a. für folgende Forschungs- und Anwendungsfelder:

• Arzneimittelentwicklung (Targetidentifizierung und -validierung, Wirkstofffindung und -validierung, präklinische Studien)
• Biologische Forschung (Zell-Zell-Interaktionen, Zellmetabolismus, Zellmigration)
• Medizinische Forschung (Tumorforschung, Organersatz, in vitro Infektionsmodelle, Therapie-Resistenzen, Wundheilung)
• Tissue Engineering und Regenerative Medizin (autologe Transplantate, Stammzelltherapien)
• Analytik in der Medizin und Umwelt
• Ersatz von Tierversuchen (Toxizitäts- und Biokompatibilitätstest)

In diesem Kontext wird am Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der Schwerpunkt „Analyt-Ligand- und Zell-Analyt-Wechselwirkungen“ bearbeitet. Aufgabe ist die kontinuierliche Überwachung von Fermentations- und Kultivierungsprozessen mittels Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) und späterhin die Detektion der Fluoreszenzintensität von gelabelten Zellen. Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Auswahl geeigneter Strategien zur Immobilisierung der jeweiligen Fängermoleküle an die Sensorfläche als Voraussetzung für die nachfolgende, spezifische Bindung des nachzuweisenden Analyten. Vor allem für Messungen in Realproben ist es oft entscheidend, dass die funktionalisierte Fläche eine ausreichend hohe Immobilisierungsdichte und Bindungsaktivität besitzt, um auch geringe Konzentrationen detektieren zu können. Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Entwicklung eines sensitiven Biosensors ist das Blocken von nicht belegten Bereichen der Sensoroberfläche, um unspezifische Bindungen zu vermeiden. Zur Abschätzung der Spezifität der detektierten Signale ist zudem ein Referenzkanal unabdingbar. Die Referenzfläche sollte dabei so identisch wie möglich zur Messfläche sein, um alle wichtigen Effekte, die Brechungsindexänderungen verursachen können - wie Temperaturschwankungen, mechanische Erschütterungen und unspezifische Bindungen, erfassen zu können.
 

Am Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik sollen nach Etablieren der entsprechenden Routinen beispielhaft Modellsysteme untersucht werden, wie:

• Nachweis von Norovirus-Proteinen mittels in silico hergestellten RNA-Aptameren für die Überwachung von Downstream-Prozessen
• Rezeptor-Ligand Interaktionen für die Substanztestung
• Nachweis von sekretiertem Albumin mittels DNA-Aptameren für die Charakterisierung des Zustandes von Leberzellen während der Kultivierung.

Projektfinanzierung:

Finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen.

Kooperationspartner:

• Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme mbH (GeSiM)
  Bautzner Landstraße 45
  01454 Großerkmannsdorf
• Radeberger Präzisions- Formen und Werkzeugbau GmbH (KDS)
  R.-Thieme-Straße 6
  01900 Großröhrsdorf
• Medizin- und Labortechnik Engineering GmbH (MLE)
  Bernhard-Voß-Straße 27
  1445 Radebeul
• Schirmer + Dr. Berthold Umwelttechnik GmbH (SBU)
  Andreas-Hecht-Straße 2
  04736 Waldheim
• Gesellschaft für Qualitätsmanagement und Statistik mbH (quo data)
  Kaitzer Straße 135
  01187 Dresden
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)
  Winterbergstraße 28
  01277 Dresden
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
  Albert-Einstein-Straße 7
  07745 Jena

Projektlaufzeit:

01.01.2012 - 30.06.2014

Kontakt:

Henseleit, Boschke