In vitro-Testsysteme

Projekte NANOSCH/nanoBBB

Realitätsnahe Systeme zur Untersuchung der Wechselwirkung von Nanopartikeln mit biologischem Material

Chip zur Nanopartikelanalyse
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Chip zur Untersuchung von Nanopartikeln in biologischen Systemen

In den letzten Jahren konnten in den Materialwissenschaften und der Nanotechnologie große Fortschritte erzielt werden. Dank der ausgezeichneten Kontrollierbarkeit von Syntheseprozessen können wir heute nanoskalige Partikel mit maßgeschneiderten Eigenschaften herstellen. Da aber viele Fragen bezüglich der Gefahren für Umwelt und Gesundheit des Menschen noch ungeklärt sind, entsprechen wir dem Bedarf, mit Hilfe von neuartigen in vitro-Testsystemen die Wechselwirkung mit biologischem Material untersuchen zu können. Von großer Bedeutung ist dabei, dass die realen Bedingungen (z. B. in einem Blutgefäß oder an der Blut-Hirn-Schranke) weitest möglich abgebildet werden.

Das Funktionsprinzip

Mit Hilfe einer Hochpräzisionspumpe können wir die Testsubstanzen kontrolliert und auch in sehr kurzen Zeitskalen (z. B. im Sekundenbereich) in mikrofluidischen Chips gegenüber dem Probenmaterial unter realitätsnahen Bedingungen (z. B. im Durchfluss) exponieren. Wir verfügen außerdem über langjährige Expertise bei der Untersuchung der Interaktion von Partikeln mit Zellen (auch unter Durchflussbedingungen). An die mikrofluidischen Expositionsstudien schließen wir, wenn erforderlich und gewünscht, eine umfassende und im Hause verfügbare Analytik der Proben an.

Eigenschaften und Einsatzbereiche

Nanopartikel sind häufig in verschiedenen Bereichen des alltäglichen Lebens zu finden. Auch bei der Therapie bislang unheilbarer Erkrankungen (z. B. Krebs, Demenz) sind nanobasierte Wirkstoffe vielversprechende Kandidaten für eine erfolgreiche Behandlung. Unsere Systeme sind einsetzbar für:

  • eine kontrollierte Exposition von Partikeln (Größe: 50 nm bis 10 µm) gegenüber
    biologischen Proben (z. B. Blutplasma, Speichel, Lymphe),
  • die Assay-Entwicklung zur Funktionalisierung von Nano- und Mikropartikeln mit Biomolekülen im mikrofluidischen Kanal (inklusive Waschschritten),
  • die Untersuchung des Verhaltens von Partikeln im künstlichen Blutgefäß
    (ggf. mit Patientenmaterial → personalisierte Medizin),
  • die Passage von Partikeln über ein Modell der Blut-Hirn-Schranke,
  • die Untersuchung von Aufnahme und Toxizität der Partikel in verschiedenen Zellmodellen.  

Unser F&E Angebot

Wir begleiten unsere Partner von der grundlegenden Idee über Vorarbeiten, Expositions-/Aufnahme- und Viabilitätsanalysen bis hin zum Aufbau von Testsystemen als Funktionsmuster. Dies schließt ein:

  • Expositionsstudien - (nanobasierte) Wirkstoffe gegenüber Biofluiden und Zell-/Organmodellen,
  • Analytik (z. B. Durchflusszytometrie, Fluoreszenzmikroskopie, analytische Scheibenzentrifugation),
  • Co-Färbung von Zellkompartimenten (z. B. Zellkern, Membran, Mitochondrien, Lysosomen; Untersuchung der Zellviabilität, intrazelluläre Lokalisation der Partikel),
  • Prototypenbau,
  • Technologietransfer zu Industriepartnern.