Assemblierung komplexer Zellaggregate mittels Dielektrophorese

HepaChip - das Projekt:

Am NMI (Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen) wird in Zusammenarbeit mit der Uni Leipzig und den Firmen "BSL Bioservice", "KeyNeurotek AG" und "MicrofluidicChipShop" ein Lab-on-a-Chip System mit Leberzellkulturen für Medikamententests entwickelt.
Bislang werden bei der präklinischen Substanztestung vornehmlich 2D-Zellkulturen verwendet. Zusätzlich werden vor klinischen Tests der Medikamente an Patienten ethisch bedenkliche Tierversuche durchgeführt. Trotzdem werden viele unerwünschte Arzneimittelwirkungen erst in der Testphase am menschlichen Patient erkannt. Das HepaChip-System soll schon in der Entwicklungsphase eines Medikaments eine hohe Aussagekraft über mögliche unerwünschte Nebenwirkungen liefern. Einzelne Zellen werden dazu in den HepaChip gespült und assemblieren sich dort automatisch an bestimmten Stellen zu gewünschten Zellaggregaten. Dies ist wichtig, da Zellen, die nicht im Zellverbund angeordnet sind, dedifferenzieren und ihre charakteristischen Eigenschaften verlieren. Durch möglichst exakte Nachbildung der in vivo 3D-Struktur von Lebergewebe soll im HepaChip der damit einhergehende Verlust metabolischer Funktionen vermieden werden.

Um das automatische Assemblieren der Zellen im HepaChip zu erreichen, wird der Effekt der positiven iDEP (Insulator-based Dielectrophoresis) ausgenützt. Anhand von 3D-FVM-Simulationen der Feldverteilungen mit CFD-ACE (ESI Group) soll ein optimiertes Design für den Chip gefunden werden. Anhand der Berechnungen werden Prototypen des HepaChips mit Mikrofräsen und Spritzgussverfahren hergestellt und mit Goldelektroden besputtert. Die Chips sollen schließlich mit echten Leberzellen getestet werden.

In vivo nahe Mikrozellkulturen zur Substanztestung mittels dielektrophoretischer Zellassemblierung in einem mikrofluidischen Chip (Ideenmodell aus dem Verbundantrag des NMI).