Qualitätssicherung für 3D-Zellmodelle
Zellsphäroide und Organoide sind dreidimensionale Zellkulturen, die menschliches Gewebe weit genauer nachbilden als herkömmliche flache Zellkulturen. Für die Pharmaindustrie sind sie deshalb besonders interessant: Sie versprechen präzisere Aussagen darüber, wie Wirkstoffe im menschlichen Körper wirken. Damit diese Modelle im industriellen Maßstab eingesetzt werden können, braucht es jedoch verlässliche Methoden zur Qualitätskontrolle - und zwar solche, die die empfindlichen Proben nicht zerstören und gleichzeitig hohe Durchsatzraten ermöglichen.
Dreidimensionale Bilder ohne Schäden an der Probe
Das Scanning Laser Optical Tomography (SLOT)-Verfahren erfüllt diese Kriterien: Es erstellt dreidimensionale Bilder von Zell- und Gewebemodellen im Mikro- bis Millimeterbereich - ohne die Probe zu beschädigen. Die Bauweise von SLOT erlaubt es verschiedene Kontrastmechanismen, wie Transmission, Fluoreszenz sowie Streulicht, zu nutzen, was es von anderen 3D-Systemen wie dem Lichtblattmikroskop abhebt. Zudem erreicht es eine besonders hohe Empfindlichkeit. So detektiert SLOT auch schwache Fluoreszenzsignale körpereigener Marker - ohne zusätzliche Färbung. Da das SLOT modular aufgebaut ist, ist es kostengünstiger als viele kommerzielle Systeme.
Vom Laborsystem zum anwenderfreundlichen Demonstrator
Im Projekt AutoSphere hat das LZH-Team SLOT vom Laborprototyp zu einem praxistauglichen Demonstrator weiterentwickelt. Das System kann nun auch kleinere Proben untersuchen, Messungen laufen stärker automatisiert ab, und die Bedienung wurde deutlich vereinfacht. Praxistests bestätigen: Auch Anwenderinnen und Anwender ohne optische Spezialkenntnisse können das System erfolgreich nutzen. Zusätzlich integrierten die Forschenden KI-Algorithmen, die die Bildauflösung nachträglich verbessern.
Parallel dazu entstand ein optisches Monitoring-System für die Kultivierung der Zellmodelle in sogenannten Ultraschall-Bioreaktoren bei den Verbundpartnern InSCREENex GmbH und OSPIN GmbH. Es erkennt automatisch, wenn sich Zellcluster bilden, und ermöglicht so eine schnelle Anpassung der Kulturbedingungen. Erste Labortests verliefen erfolgreich. Für den Routineeinsatz in der Industrie sind weitere Validierungsstudien geplant.
Über AutoSphere
Das Verbundprojekt AutoSphere wurde gemeinsam mit den Partnern InSCREENex GmbH und OSPIN GmbH durchgeführt. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) förderte das Projekt im Rahmen des Programms „KMU-innovativ: Produktionsforschung" unter dem Förderkennzeichen 02P21K541.
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Bauen und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.
Das LZH bietet mit seinen Anwendungen der smarten Photonik Lösungen zu gegenwärtigen und zukünftigen Herausforderungen. Dabei arbeiten Naturwissenschaftler:innen und Ingenieur:innen interdisziplinär zusammen entlang der Prozesskette: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme oder für Quantentechnologien bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizin- und Agrartechnik oder für den Leichtbau im Automobilsektor. 18 erfolgreiche Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie – und nutzt Licht für Innovation.