Mikrofluidik-Chip mit Filtermembran im BioRam: Größere Partikel werden im Filter zurückgehalten, nur Bakterien/Viren werden im Messbereich angereichert.

Bild: CellTool

GigE Farb-Flächenkamera analysiert Proben Raman-Spektroskopie misst Corona-infizierte Zellen

04.11.2020

Mit dem Raman-Mikroskop-System BioRam können Zellen ohne Färbung oder Markierung mit Antikörper analysiert und charakterisiert werden können. Mit dem BioRam konnten sogar kürzlich Corona-infizierten Zellen erkannt werden. Sogar ein Direktnachweis von Bakterien ohne vorherige Kultivierung oder das Messen von extrazellulären Vesikeln wie Exosomen ist damit schnell und einfach. Stemmer Imaging stellt einen wichtigen Baustein für die BioRam-Geräte der zweiten Generation dar.

Die Raman-Methode basiert rein auf der Wechselwirkung eingestrahlter Lichtteilchen (Photonen) mit den Biomolekülen einer Zelle. Die aufgezeichneten Raman- Spektren sind so einzigartig wie ein „Fingerabdruck“.

Automatisierte Analyse

Zell-Analysen, fortgeschrittene medizinische Diagnostik oder die Qualitätssicherung zellbasierter Produkte sind nicht erst seit der Corona-Pandemie wichtige Eckpfeiler für die Beantwortung biomedizinischer Fragestellungen. Das Frühjahr 2020 hat aufgrund der weltweiten Covid-19- Entwicklungen jedoch verdeutlicht, wie wichtig Fortschritte in der medizinischen Analyse sind, um gefährliche Krankheiten schnell erkennen und wirksam bekämpfen zu können.

Eine Möglichkeit dafür kommt aus dem bayerischen Tutzing: Das Medizintechnik- Unternehmen CellTool hat die zweite Generation seines BioRam-Systems vorgestellt, das für biomedizinische Fragestellungen geschaffen ist und unter anderem für die Detektion kranker oder infizierter Zellen, die Bestimmung der Tumoraggressivität, die Entdeckung kleinster Mengen an Biomarkern, die Verfolgung von Tumorzell-Transdifferenzierungen, die Beobachtung des Differenzierungspotentials von Stammzellen oder auch die Bestimmung der Qualität von zellbasierten Produkten ermöglicht.

Auch die automatisierte Analyse von Blutzellen zur Erkennung der Funktionalität zum Beispiel in Abhängigkeit von der Lagerzeit eines Blutprodukts beziehungsweise aufgrund von bakterieller beziehungsweise viraler Kontamination ist mit diesem Mikroskop möglich.

So einfach wie Lichtmikroskopie

Die Raman-Spektroskopie ist benannt nach seinem Erfinder Sir C. V. Raman, einem indischen Physiker. Die Methode basiert auf der Aufzeichnung der Wechselwirkung von fokussierten Laserlicht mit den Biomolekülen der Zelle. Die resultierende inelastischen Streuung bildet ein Summenspektrum, das charakteristisch ist für jede Zellart oder Zellzustand. Somit kann die Raman-Spektroskopie in der Medizintechnik zur Analyse von Zelleigenschaften eingesetzt werden.

Lebende oder fixierte Zellen in Kultur beziehungsweise im histologischen Gewebeschnitt lassen sich nach Schützes Worten ebenso einfach untersuchen wie Zellen in 3D- Geweben und Scaffolds. Auch Feststoffe und Flüssigkeiten sowie Zellüberstände oder Impfstoffe können mit BioRam einfach analysiert werden.

Automatisierter Blick ins Mikroskop

Die Beurteilung von Mikroskopbildern ist üblicherweise zeitaufwendig und erfordert erfahrene Mitarbeiter. Um diesen Schritt der Analyse wirtschaftlicher zu gestalten kontaktierte CellTool während der Entwicklungsphase der zweiten BioRam-Generation die Bildverarbeitungsexperten von Stemmer Imaging.

„Die dortige Beratung hat unsere Erwartungen deutlich übertroffen“, erinnert sich Schütze: „Bereits nach kurzer Zeit erhielten wir die Ergebnisse einer umfangreichen Machbarkeitsstudie, die im Anwendungslabor von Stemmer Imaging erstellt wurde und uns fundierte Empfehlungen für eine geeignete Kamera lieferte.“

Auf dieser Basis realisierte CellTool die finale Entwicklung der neuen digitalen BioRam- Generation und integrierte eine GigE Farb-Flächenkamera des Typs Manta von Allied Vision, die mit einer Auflösung von 1388x1038 Pixeln die notwendigen Detailinformationen für die anschließende automatisierte Auswertung zur Verfügung stellte.

„Statt eines Menschen übernimmt also in der neuen Gerätegeneration eine Kamera den Blick ins Okular und erlaubt damit eine deutlich zuverlässigere und schnellere Analyse der Proben“, verdeutlicht Schütze das positive Ergebnis der Zusammenarbeit mit Stemmer Imaging.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Von der Leistungsfähigkeit des neuen BioRam ist Schütze absolut überzeugt: „Viele unserer Ergebnisse wurden mit gängigen Methoden wie FACS, MACS, Immunzytochemie, DNA- oder RNA-Arrays bestätigt. Diese Methoden sind jedoch wesentlich aufwendiger, zudem wird dafür ein Mehrfaches an Zellmaterial benötigt oder sie sind als Endpunktanalyseverfahren nicht für lebende Zellen anwendbar. Zudem sind Antikörper oft nicht sehr spezifisch oder es gibt sie einfach nicht für bestimmte Zellarten oder Zellzustände.

Den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Neuvorstellung sind dabei kaum Grenzen gesetzt: Neben der Analyse von biologischen und medizinischen Proben für Forschung und Entwicklung kann BioRam auch zur Qualitätskontrolle von zellbasierten Therapeutika aber auch Materialien wie beispielsweise Gerüstsubstanzen, Membranen, Zellkulturmedien oder Impfstoffen herangezogen werden.

„Wir sind uns sicher, dass medizinische Labore erheblich von den Vorteilen des neuen BioRam profitieren, weil damit eine schnellere Analyse sowie eine einfache Prozessüberwachung möglich ist“, so Schütze. Als weitere Vorzüge nennt sie die Reduzierung von Kosten und zeitintensiven Präparationsschritten sowie die Möglichkeit, schnell einen Überblick über Wirkstoffreaktionen zu erhalten und die Qualität von Zellkulturen beziehungsweise zellbasierten Produkten überwachen zu können. In der neuen Gerätegeneration bieten wir Kunden die Möglichkeit, auch Fluoreszenz-gefärbte Proben anzuschauen und zu vermessen.“

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