Chipbasierte Zellerkennung mit der »Chipzytometrie«

Neue Technik am Fraunhofer ITEM ermöglicht Sputumuntersuchung mit Chipzytometrie

Die Chipzytometrie ermöglicht den Erhalt des Zellmaterials nach der Messung

Die Chipzytometrie basiert auf der Immobilisierung von Zellen auf speziellen Objektträgern, sogenannten Chips. Auf diesen Chips können die Zellen bezüglich Morphologie, Expression von Oberflächenmarkern und intrazellulärer Funktion untersucht werden. Aufeinander folgende, iterative Färbungen erlauben die umfassende immunologische und funktionelle Charakterisierung der Zellen.  

Untersuchungen auf Einzelzellebene und auch die Lagerung der Chips je nach Zellpopulation sind über längere Zeiträume möglich. Mindestens drei Monate können Populationen von Sputumzellen gelagert werden. Damit ist die Chipzytometrie anderen Analysemethoden, wie z. B. der Durchflusszytometrie, durch die mögliche Kombination von direkter optischer Analyse und wiederholender Färbung auf Einzelzellebene, aber vor allem durch den Erhalt des Zellmaterials der Probe nach Messung überlegen.

Zellpopulationen innerhalb einer Sputumprobe, z. B. Makrophagen und Granulozyten, unterscheiden sich morphologisch und biologisch voneinander. Die Chipzytometrie ermöglicht den direkten Vergleich zwischen morphologischem Durchlichtbild und den Fluoreszenzfärbungen auf Einzelzellebene.
© Fraunhofer ITEM

Zellpopulationen innerhalb einer Sputumprobe, z. B. Makrophagen und Granulozyten, unterscheiden sich morphologisch und biologisch voneinander. Die Chipzytometrie ermöglicht den direkten Vergleich zwischen morphologischem Durchlichtbild und den Fluoreszenzfärbungen auf Einzelzellebene.

Am Fraunhofer ITEM wird die Chipzytometrie zurzeit für induziertes Sputum validiert

Die Chipzytometrie verläuft in 4 Schritten: 1. Zellbeladung, 2. Färben/Bleichen, 3. Zellerkennung und 4. Analyse.
© Fraunhofer ITEM

Die Chipzytometrie verläuft in 4 Schritten: 1. Zellbeladung, 2. Färben/Bleichen, 3. Zellerkennung und 4. Analyse.

Aus der Lunge gewonnenes induziertes Sputum weist häufig begrenzte Zellzahlen auf, sodass die Nutzung der Chipzytometrie hier Fortschritte in der immunologischen Charakterisierung erhoffen lässt. Außerdem sind im Sputum Zellen verschiedener Größen mit spezifischen Fluoreszenzeigenschaften zu finden, was eine besondere Anforderung an die genutzte Messmethodik stellt. Erste Daten zeigen eine gute Vergleichbarkeit zu den Standardmethoden Durchflusszytometrie und mikroskopische Zelldifferenzierung.

»Die Nutzung der Chipzytometrie für eine komplexe Matrix wie Sputum erlaubt endlich die Untersuchung von Zellen hinsichtlich ihrer Eigenschaften auf Einzelzellebene. Dies ist verbunden mit dem immensen Vorteil, dass die klinische Forschung Zugang bekommt zu Matrizes mit kleinen Zellzahlen. Und dass diese Zellen detailliert untersucht werden können, ohne dass schon vor Beginn einer Studie die zu untersuchenden Endpunkte festgelegt werden müssen«, sagt Dr. Meike Müller, Leiterin der Abteilung Biomarkeranalyse und -entwicklung.

Vorteile der Chipzytometrie gegenüber anderen Methoden

Iterative Fluoreszenzfärbungen: dieselbe Probe kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufeinander folgend mit Antikörpern gefärbt und gemessen werden

Erhalt des Zellmaterials nach erster Messung: Lagerung der Chips mit Sputumzellen mindestens drei Monate

Lagerung von peripheren Blutzell-Proben auf dem Chip über 24 Monate

Durch den Erhalt des Materials auf dem Chip lassen sich unvorhergesehene Fragestellungen auf der gleichen Probe selbst nach Abschluss der Untersuchung analysieren (iterative Entscheidungsfindung)

Ausschluss falsch-positiver Effekte durch direkten Vergleich von Fluoreszenzbildern und mikroskopischen Durchlichtaufnahmen

Keine Limitierung bei der Anzahl zu analysierender Biomarker auf einer einzelnen Gewebe- oder Zellsuspensionsprobe

Multizentrische Anwendung der Methode durch Präparation und Konservierung der Zellen auf Chips sowie deren Lagerung in verschiedenen Prüfzentren und anschließende zentrale Analyse ohne signifikanten Abbau von Biomarkern ist möglich

Tiefenanalyse von Einzelzellen