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Zellen vereinzeln, sortieren und drucken

Einzelzell-Drucktechnologie für die Zellforschung und professionelle Diagnostik mit neuartiger Dosiertechnologie.

Benjamin Steimle
Cytena GmbH

Cytena hat einen Zelldrucker mit neuartiger Dosiertechnologie entwickelt, der einzelne, lebensfähige Zellen handhabt und sortiert. Unterstützt von einem automatisierten, bildgebenden Verfahren verkapselt der Einzelzell-Drucker Zellen in Mikrotropfen und gibt diese auf beliebigen Untersuchungsträgern ab. Durch das schonende Verfahren sind die Zellen auch nach dem Druck lebensfähig und können analysiert oder zu Klonkolonien gezüchtet werden. Zum Nachweis der Klonalität werden während des Prozesses mehrere Bilder gespeichert. Querkontaminationen werden durch die Verwendung von Einwegartikeln ausgeschlossen. Das patentierte Verfahren findet besonders in der Forschung sowie in der Medikamentenherstellung Anwendung: Es werden gerade in der pharmazeutischen Industrie Zellkulturen mit identischem Genom (Klonkolonien), welche aus einer einzigen Zelle gewachsen sind, verwendet, um hochwirksame Medikamente, sogenannte Biologicals, herzustellen. Desweiteren werden Einzelzellen bei der Entwicklung der genetischen Analyse von einzelnen Zellen für die Krebs- und Stammzellforschung benötigt. Bisher geschieht die Isolation von Einzelzellen aus Zellpopulationen aufwendig per Hand unter dem Mikroskop oder mit Hilfe von Durchflusszytometern. Bei diesen kostspieligen und eher für größere Mengen an Zellflüssigkeit geeigneten Geräten, kommt es häufig dazu, dass nur wenige Zellen überleben oder die Proben durch vorher verarbeitete Zellsuspensionen verunreinigt werden. Die Ineffizienz, Anfälligkeit für Kontamination und die hohen Kosten machen die Vereinzelung von Zellkulturen zu einem kostspieligen Verfahren. Die patentierte Technologie von Cytena ermöglicht es erstmals Zellen einzeln lebensfähig auf Probenträger zu drucken, so dass diese analysiert oder zu Klonkolonien gezüchtet werden können.

Die patentierte Single-Cell-Printing-Technologie von cytena isoliert und sortiert einzelne Zellen ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker. Dabei wird anstelle von Tinte eine Zelllösung in eine die Einweg-Druckerkartuschen gefüllt. Auf einen Silizium-Mikrofluidikchip werden freifliegende Picoliter-Tröpfchen erzeugt, die als Transportflüssigkeit für die Zellen dienen. Die Isolation der einzelnen Zellen wird dabei mit Hilfe eines Video-Mikroskops und einem automatisierten bildgebenenden Verfahren überwacht. Anschließend wird die Zellprobe in die Patrone pipettiert und ein externer Aktuator verwendet, um die Tröpfchen über einen Mikrodispenser-Druckkopf auf ein beliebiges Substrat herauszudrücken. Integrierte optische Sensoren, eine intelligente Bildauswertung sowie eine pneumatische Absaugung mit Schnellverschluss-Mechanismus, lassen nur diejenigen Tropfen auf das Substrat gelangen, welche tatsächlich nur eine Zelle enthalten. Darüber hinaus werden Größe und Form jeder Zelle gemessen und abgespeichert. In dem gesamten Verfahren kommen lediglich die Druckkartuschen mit der Zelllösung in Berührung, welche anschließend entsorgt werden. Durch diese Einwegkartuschen lassen sich Querkontaminationen ausschliessen und aufwendige Reinigungsarbeiten vermeiden. Hinzu kommt auch, dass das Verfahren die Zellen sehr schonend behandelt, was Überlebensraten der Zellen von über 90 Prozent ermöglicht. Die einzeln verpackten, sterilisierten Kartuschen können einfach von jedem Mitarbeiter per Handpipettierung geladen werden. Die Einrichtungszeit beträgt weniger als 10 Minuten. Füllung einer beispielsweise 96-Well-Platte mit einzelnen Zellen dauert nur wenige Minuten. Das Gerät ermöglicht es dabei bereits kleine Mengen von 10 µl zu verarbeiten. Vordefinierte Programme ermöglichen es, über eine benutzerfreundliche Software, dass das Gerät von jedem Labormitglied einfach bedient werden kann.

Anwendungsmöglichkeiten

  • Einzelzell-Drucker zur Isolation einzelner Zellen für die Gensequenzierung im Rahmen der Einzelzellgenomik

  • Effiziente Produktion von klonalen Zellkulturen zur Weiterverarbeitung in der pharmazeutischen Forschung und Medikamentenentwicklung, z.B. Biologicals

  • Präzise Einzelzell-Analysen für die gezielte Diagnose und Therapie von Krebserkrankungen

  • Anwendung zur Entwicklung von gezielten Zelltherapien oder der Herstellung von Organimplantaten durch 3D-Bio-Printing.

Cytena GmbH

Die cytena GmbH, wurde 2014 als Spinoff der Professur für Anwendungsentwicklung des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) an der Universität Freiburg ausgegründet. Im Fokus der Gruppe steht die kontaktfreie Dosierung von Flüssigkeiten, unter anderem von flüssigem Metall und biologischen Proben. In der cytena GmbH wurde dieses Wissen angewandt, um einen Einzelzell-Drucker als Laborgerät zu entwickeln der einzelne, lebensfähige Zellen handhaben und sortieren kann. Die patentierte Technologie findet aktuell besonders in der Forschung sowie in der Medikamentenherstellung Anwendung. Die technische Entwicklung wurde dabei maßgeblich durch das EU FP7 Förderprojekt PASCA (Platform for advanced single cell handling and analysis) ermöglicht. Nach einer weiterführenden Förderung des BMWi/ESF, dem EXIST-Forschungstransfer kam es dann zur Ausgründung der cytena GmbH.

Ihr Ansprechpartner
Benjamin Steimle
CFO

Benjamin Steimle hat bis 2009 an der Universität Freiburg und Basel Wirtschaftswissenschaften studiert. Seitdem arbeitete er als Berater für ein IT-Startup und ein Bankinstitut. Seine Kernkompetenzen liegen in der Entwicklung und Analyse individueller Finanzierungskonzepte für Unternehmen. Weitere Schwerpunkte waren die Überprüfung und Bewertung der Finanzierung von Start-ups. Benjamin ist verantwortlich für Finanzierung und Marketing sowie Aufbau und Management von Vertriebsnetzen.

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