Motivation

In der Reproduktionsmedizin werden Zellen in der Regel mit Hilfe eines manuell betriebenen Injektionssystems – ähnlich einer Pipette – und unter ständiger Beobachtung durch ein Mikroskop manipuliert. Der Vorgang erfordert eine sehr große Geschicklichkeit seitens des Bedieners. Auch sehr erfahrene Bediener können keine Reproduzierbarkeit gewährleisten. Es ist weiterhin nur eingeschränkt möglich, die Kräfte während des Einstechens in die Zellmembran zu steuern. Diese Vorgehensweise hat zur Folge, dass Zellen häufig absterben und nicht mehr für die Versuche ausgewertet werden können.

Eine Automatisierung der Zellinjektion bietet in mehrfacher Hinsicht Vorteile: Die Ausbeute wird deutlich größer, die Reproduzierbarkeit der Versuche steigt und mit der Integration einer Kraftsensorik könnten neue Erkenntnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von Zellen erzielt werden.

Vorarbeiten

Im Rahmen einer Vorstudie wurden die folgenden Punkte bearbeitet:

  • Definition der Ausgangsbedingungen und Anforderungen
  • Theoretische Untersuchung der Modifikationen
  • Herstellung und Test von Versuchsmustern
  • Zellfixierung
  • Ergebnisbewertung
Abb. 1: Skizze des Versuchsaufbaus zur Zellinjektion Abb. 2: Kraftsensor mit montierter Nadel und Peripherie

In den ersten Versuchen konnte die beim Einstich in eine Zelle auftretende Kraft reproduzierbar erfasst werden.

Abb. 3: Verlauf der Messbrückenspannung beim Einstich in eine Zelle

Diese Studie wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert (Projekt: Vorstudie zur kraftsensitiven automatisierten Zellinjektion – KAZi ). Eine Zusammenfassung der wissenschaftlichen Ergebnisse ist in dem Beitrag 'Cell Manipulation System Based on a Self-Calibrating Silicon Micro Force Sensor providing Capillary Status Monitoring', IEEE Sensors Journal, http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2012.2206804 , 2012) veröffentlicht.

aktuelle Arbeiten

Aktuelle Arbeiten auf diesem Gebiet beschäftigen sich mit der Integration einer Flüssigkeitszufuhr sowie einer angepassten Auslegung des Kraftsensors zur Verbesserung der Kraftauflösung.

Ziel ist es, das Zellinjektionssystem in eine multifunktionale Analyse- und Manipulationsplattform zu integrieren und so die Möglichkeit für eine gleichzeitige Kultivierung und umfassende Analyse der Zellen zu schaffen. Zusätzlich sollen bestehende Mikrogreifersysteme weiterentwickelt werden, um die Manipulation der zu punktierenden Zellen durchführen zu können.