Analysetechnik
Zellen unter Druck
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Das Deformationsprinzip
An der Technischen Universität Dresden haben Wissenschaftler ein Verfahren entwickelt, das die Auswertung um das 10.000-fache beschleunigt. Die Methode nennt sich »Real-Time Deformability Cytometry« (RT-DC) und findet Anwendung im »AcCellerator«. Bei diesem Aufbau strömen verformte Zellen mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s durch das Sichtfeld eines Mikroskops mit 400-facher Vergrößerung. Das System lässt sich im Prinzip an jedes inverse Mikroskop anschließen, wird jedoch am häufigsten mit einem »AxioObserver« von Zeiss verwendet.
Die Probenpräparation folgt dem Prinzip des »Minimal Handling«. Zunächst pelletiert man die Zellen, die aus verschiedenen Geweben, adhärenten Zellkulturen oder Suspensionen stammen können, und resuspendiert sie in Methylcellulose-haltigem PBS (MC-PBS). Sobald sie vereinzelt sind, ist keine weitere Vorbereitung oder Behandlung mehr nötig. Durch ein automatisiertes Spritzensystem wird die Probe mit konstanter Flussrate durch einen Polydimethylsiloxan-Chip geleitet. Ähnlich wie in einem Durchflusszytometer werden die Zellen in diesem Chip hydrodynamisch fokussiert, um den Kontakt mit den Rändern des Mess-Chips und ein Verklumpen zu verhindern.
Die wie an einer Perlenkette aufgereihten Zellen fließen schließlich durch einen mikrofluidischen Kanal, in dem unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten vorherrschen. Am Rand des Kanals ist die Strömung durch Reibung verlangsamt. In der Mitte ist sie deutlich stärker. Da das Zentrum der Zelle theoretisch schneller fließt als ihr äußerer Rand, verformt dieser Reibungseffekt die Zellen: sie werden kegel- oder kegelstumpfförmig.
Der Verformungsprozess beginnt, sobald eine Zelle in den Kanal einströmt und ist an dessen Ende im Gleichgewicht. Kurz bevor die Zellen aus dem Mikrokanal ausströmen, wird jede einzelne mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Die Kamera »EoSens CL« von Mikrotron erfasst mit bis zu 4000 Bildern pro Sekunde jede einzelne Zelle und steuert die 1 μs kurzen LED-Lichtimpulse. Die Bilder werden in Echtzeit über eine »Camera-Link«-Schnittstelle an den Computer übertragen. Die Auflösung wird dabei automatisch an die Kanalbreite angepasst. Die Standardgröße beträgt 250 px x 80 px. Ein eigens entwickeltes Programm auf Basis von »LabVIEW« (National Instruments) wertet die Deformationen jeder einzelnen Zelle aus.
Schnelle Bilder
Die Analyse eines Bildes dauert weniger als 250 μs. »So können wir die mechanischen Eigenschaften von mehreren hundert Zellen pro Sekunde messen. Das erlaubt uns in einer Minute Analysen, für die vergleichbare Technologien eine Woche benötigen«, erläutert Dr. Oliver Otto, Geschäftsführer der Zellmechanik Dresden. Innerhalb von 15 Minuten steht eine genaue Charakterisierung aller Blutzellarten inklusiv Aktivierungsstatus der Zellen bereit. Wegen des hohen Durchsatzes an Zellen reicht dafür ein Tropfen Blut aus.
Die nicht geringe Messgeschwindigkeit erzielt der AcCellerator durch die Kombination von High-Speed-Kameratechnik und hoher Rechenleistung. Auf die Auswahl der Kamera wurde deshalb besonderes Augenmerk gelegt.
Das Unternehmen entschied sich aus mehreren Gründen für die EoSens CL von Mikrotron. Neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis und der einfachen Bedienung war dem Entwicklerteam wichtig, dass die Kamera mit LabVIEW angesteuert werden kann und offene Schnittstellen hat. So gelang die Integration in das System schnell und unkompliziert.
- Zellen unter Druck
- Das Deformationsprinzip
- Die Einsatzmöglichkeiten
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