Zellzüchtung
Proteine unter Druck
Um das Wachstum günstig zu beeinflussen, werden bei der Züchtung von Zellen immer öfter proteinbeschichtete Kulturschalen eingesetzt. Proteinmuster lassen sich nun vergleichsweise kostengünstig im Rolle-zu-Rolle-Verfahren drucken.
Das Ziel ist es, komplette Biosensoren im Druckverfahren herzustellen - Beispiele sind die Validierung von antiviralen Substanzen oder ein »Lab-on-a-foil« zur Bestimmung von Blutzucker-Markern.
Generell kommen gezüchtete Zellen etwa als Komponenten von Biosensoren zum Einsatz, in der Diagnostik, Arzneimittelentwicklung oder Umweltanalytik. Nun ist die Zellzüchtung nicht so einfach, denn auch Zellen sind in der Lage, ihre Umgebung wahrzunehmen – und ein »fremdes« Umfeld kann beispielsweise zu Änderungen der Form oder des Verhaltens führen. Damit verlieren die Zellkulturen jedoch an Aussagekraft.
Gegensteuern lässt sich, indem man ein Substrat, zum Beispiel den Boden einer Kulturschale, mit Proteinen beschichtet – die Zellen fühlen sich dadurch »heimischer«. Sämtliche bisherigen Methoden haben jedoch Nachteile. Beim Spin-Coating etwa wird ein Tropfen Proteinflüssigkeit in die Mitte des Substrats gegeben und durch eine Art Schleudervorgang auf der Oberfläche verteilt: »Ein beträchtlicher Teil der Flüssigkeit landet dabei außerhalb des Substrats und geht ungenutzt verloren«, erklärt Dr. Thomas Velten vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert. Anders beim Micro-Contact-Printing: Hier werden feine Proteinstrukturen im Mikrometerbereich auf das Substrat gedruckt. Das ist nicht nur ressourcenschonender, sondern hat auch den Vorteil, dass sich damit sehr feine Proteinstrukturen realisieren lassen, an denen sich die Zellen ausrichten. So kann man die Anordnung der Zellen gezielt steuern. Für großflächige low-cost-Anwendungen, wie sie in der Biotechnologie benötigt werden, ist das Verfahren jedoch zu aufwändig und teuer.
Die Wissenschaftler vom Fraunhofer IBMT gehen daher einen neuen Weg: Gemeinsam mit der Firma Saueressig entwickelten sie eine Rolle-zu-Rolle-Druckanlage, in der sich mikrostrukturierte Proteinmuster auf großflächige Foliensubstrate aufbringen lassen. Die Rolle-zu-Rolle-Technik ist eine gängige Methode, um große Flächen schnell und kostengünstig zu bearbeiten. Ähnlich wie beim Zeitungsdruck wird das Substrat dabei zunächst auf eine Rolle gewickelt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich eine leere Rolle. Dazwischen laufen die Druckprozesse ab, wobei das Substrat jeweils auf die leere Rolle auf der anderen Seite gespult wird. Allerdings lässt sich das Verfahren nicht einfach eins zu eins auf Anwendungen in der Biotechnologie übertragen. So ist etwa die standardmäßig verwendete Tinte als Druckmedium ungeeignet. »Damit die Tinte schnell trocknet, werden ihr oft Lösungsmittel zugesetzt. Diese zerstören aber die Proteine«, erläutert Velten. Die Experten am IBMT entwickelten daher eine neuartige, spezielle Proteintinte. Genauso mussten sie sicherstellen, dass auch die anderen verwendeten Materialien, etwa das Foliensubstrat, biokompatibel sind.
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