Halten ohne zu berühren: Lebende Zellen in elektromagnetischen Feldfallen

(f.l.t.r.) Dr. rer. nat. Rolf Hagedorn, Prof. Dr. rer. nat. Günter R. Fuhr, Dr. rer. nat Thomas Schnelle

Prof. Dr. rer. nat. Günter R. Fuhr (Spokesperson)
Dr. rer. nat. Rolf Hagedorn
Dr. rer. nat Thomas Schnelle

Fraunhofer-Institut für
Biomedizinische Technik (IBMT), St. Ingbert
Humboldt-Universität zu Berlin
EVOTEC Technologies GmbH, Hamburg

Zellen scheinen alle Informationen über den Organismus zu enthalten - eine Fundgrube für Forschung und Medizin.

Doch wie kann man eine Körperzelle fixieren und manipulieren?

Günter R. Fuhr, Rolf Hagedorn und Thomas Schnelle schufen eine pfiffige Möglichkeit dafür: Sie fangen Zellen in einer Falle aus elektromagnetischen Feldern ein. Günter R. Fuhr ist Direktor des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik in St. Ingbert, Berlin und Potsdam-Rehbrücke, Rolf Hagedorn wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für experimentelle Biophysik an der Humboldt-Universität zu Berlin, Thomas Schnelle arbeitet als Senior Scientist im Bereich Cell Handling and Analysis beim Hamburger Unternehmen Evotec Technologies GmbH.

Kontakt mit Oberflächen muss man vermeiden

Die molekulare und zelluläre Biotechnologie gilt weltweit als ein wesentliches Zukunftsfeld der Industrie. Sie macht sich die Eigenschaften von Zellen zueigen. Denn die Zelle als kleinste individuelle, in sich autarke Einheit enthält - wie es scheint - alle Informationen des Organismus. Biotechnologie und Medizin bedienen sich dieser Eigenschaften bereits in vielen Anwendungen. Dazu nutzen die Forscher einzelne Zellen, die möglichst belastungsarm, vor allem aber ohne Oberflächenkontakt manipuliert werden müssen - Anforderungen, die sich mit bisherigen Techniken nur bedingt erfüllen ließen.

Jeglicher Oberflächenkontakt mit Glas oder Plastik ist für die Zelle ein Signal, das Veränderungen der ursprünglich in ihr enthaltenen Informationen bewirken kann. Daher stellte sich die Aufgabe, die nur wenige tausendstel Millimeter großen Zellen mit einer hoher Präzision in einer Nährlösung festzuhalten, zu drehen und zu bewegen, ohne sie dabei zu berühren.

Ein Kraftfeld hält die Zelle im Zaum

Die Lösung, die das Team um die Forscher Fuhr, Hagedorn und Schnelle für diese Herausforderung fand, war die Entwicklung eines berührungslosen Zellmanipulators. Dabei verwenden sie das Prinzip elektromagnetischer Feldfallen: In einem geschlossenen Feld zwischen Elektroden werden die Zellen durch elektrische und magnetische Kräfte gehalten und bewegt. Um die Eigenheiten der Zellen nicht zu verändern, wird das Kraftfeld mit sehr hohen Frequenzen erzeugt, die die Signalrezeptoren der Zellen nicht ansprechen.

Aus dieser Basis entwickelten die nominierten Forscher in multidisziplinärer Zusammenarbeit einen universellen Biochip, der auf die jeweiligen Anforderungen hin konfiguriert oder zu einem „Mikrolabor on Chip“ kombiniert werden kann. Integriert in eine Laborumgebung mit Mikroskop, Signalgenerator, Fluidiksystemen und Steuercomputer ist so ein flexibles Gerätesystem entstanden, mit dem sich vielfältige biotechnologische und medizinische Aufgaben bewältigen lassen.