cellTRAPS
ZIM Projekt: Entwicklung von cellTRAP Biochips zur Analyse der Bindungskinetik von Antikörpern und Antigenen auf Zelloberflächen
Kurzfassung:
Im cellTRAPS Projekt werden Biochips zur Analyse der Bindungskinetik von Antikörpern und Antigenen auf Zelloberflächen entwickelt. Basierend auf der Technologie der 2-Photonen Polymerisation werden mit einem Laserstrahl 3-dimensionale Fanggitter in einen mikrofluidischen Kanal geschrieben. Die Zellen werden im Fluss gestoppt und können bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten beobachtet werden.
Projektbeschreibung:
Das ZIM-Projekt cellTRAPS ist eine Kooperation zwischen der Firma Dynamic Biosensors GmbH und dem IMSAS. Bei der Entwicklung neuer Medikamente beispielsweise gegen Krebs oder Autoimmunerkrankungen spielen das Bindungsverhalten zwischen Zellen und Antikörpern und die Zellspezifizität der Antikörper eine entscheidende Rolle. Die Bindungsstelle des Antikörpers sollte möglichst gut zur Oberflächengeometrie der Zielzelle passen, nicht jedoch zur Oberflächengeometrie anderer Zellen des menschlichen Körpers, um potentielle Nebenwirkungen des Medikamentes zu vermeiden. Um Kosten im Entwicklungsprozess zu sparen, ist es sinnvoll, die immunologische Antwort der Zellen auf den Wirkstoff möglichst frühzeitig ex vivo zu charakterisieren.
Ansatz dieses Projektes ist es, die Bindungskinetik unter hohen Flussraten an immobilisierten Zellen in einem mikrofluidischen Chip zu messen. Sobald eine Zelle immobilisiert ist, können Antikörper in den Kanal geleitet werden, welche sich mehr oder weniger stark an die Zelle binden. Mit Hilfe von fluoreszenten Markern an den Antikörpern wird die Konzentration bestimmt. Um abbindende Antikörper schnell aus dem Messbereich zu entfernen sind sehr hohe Flussraten, sowie eine gute Umspülung der Zelle erforderlich. Die Umspülung der Zelle kann mit herkömmlichen 2-dimensionalen Fertigungsmethoden der Mikrotechnologie nicht erreicht werden.
Der Fokus unserer Forschung liegt daher auf dem Druck sehr stabiler 3-dimensionaler Zellfangstrukturen mit hoher Haftung zum Substrat, die gleichzeitig einen sehr geringen Widerstand für den Fluss darstellen. Die Fangstrukturen arbeiten hydrodynamisch und bestehen aus einem U-förmigen zylindrischen Gitter. Zur Herstellung der Gitter mit Strebendicken von etwa 1-2 µm kommt die 2-Photonen Polymerisation zum Einsatz, bei der hochintensive Laser-Pulse den Resin oder Resist durch die quasi gleichzeitige Absorption von zwei Photonen punktuell polymerisieren lassen („2-Photonen Polymerisation zur Erstellung fluidischer 3D-Mikrostrukturen“). Im Rahmen des Projektes werden neben der Evaluation unterschiedlicher Fangstrukturformen und der Optimierung von Maschengrößen und Strebendicken auch verschiedene Materialien (u.a. IP-Dip, IP-Visio, OrmoComp) im Bezug auf ihre Haftung, Stabilität, Druckauflösung, Autofluoreszenz und Zytotoxizität getestet und verglichen.
Rahmen des Projektes werden neben der Evaluation unterschiedlicher Fangstrukturformen und der Optimierung von Maschengrößen und Strebendicken auch verschiedene Materialien (u.a. IP-Dip, IP-Visio, OrmoComp) im Bezug auf ihre Haftung, Stabilität, Druckauflösung, Autofluoreszenz und Zytotoxizität getestet und verglichen.
Das Projekt wurde vom 01.12.2018-31.05.2021 durch ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand https://www.zim.de/ZIM/Navigation/DE/Home/home.html ) gefördert.
Veröffentlichungen:
S. Reede, M. J. Vellekoop, H. Müller-Landau, N. Matscheko, U. Rant, F. Lucklum. A5.3 Single Cell Immobilization at High Flow Rates Using 2PP-Traps in a Microfluidic Channel. SMSI 2020-Sensors and Instrumentation, 81-82, 2020. DOI 10.5162/SMSI2020/A5.3
Kontakt:
Prof. Michael Vellekoop, Kontakt