Die Nutzung von 3D-Zellkulturen stellt eine fortschrittliche Alternative zur klassischen Nutzung von 2D-Zellkulturen dar, da 3D-Zellkulturen zelluläre Vorgänge des menschlichen Körpers erheblich realitätsnäher abbilden. Die Visualisierung von 3D-Zellkulturen ist derzeit jedoch noch herausfordernd. Den Stand der Technik bildeten bisher invasive, zeitaufwändige und zerstörende Verfahren, die hohe Personalkosten verursachen und schlechte Ressourceneffizienzen vorweisen. Zudem fehlte die Möglichkeit einer nichtinvasiven Langzeitüberwachung von 3D-Zellkulturen. Zwar bot sich für eine Visualisierung von 3D-Zellkulturen die optische Kohärenztomographie (OCT) aus mehreren Gründen an, die beispielsweise in der Lage ist, hochaufgelöste Schnittbilder von Proben zerstörungsfrei, nichtinvasiv und ohne Probenpräparationsschritte zu erzeugen. Allerdings war die OCT-Eindringtiefe auf ca. 500 µm limitiert. Dadurch konnten spätere Entwicklungsstadien von 3D-Zellkulturen, mit Durchmessern von über 1 mm, nicht mehr ausreichend gut erfasst und dargestellt werden.
Aufbauend auf den mit dem projektbegleitenden Industrieausschuss erarbeiteten Anforderungen wurden zwei separate OCT-Systeme mit Wellenlängen von 850 nm und 1300 nm entwickelt, um unterschiedlichen Bedarfen der Bildgebung gerecht zu werden. Ergänzend wurden ein robuster Registrierungsalgorithmus sowie eine markerbasierte Kalibriermethode entwickelt, um die präzise Fusion zweier Datensätze zu ermöglichen und die Genauigkeit der Bildgebung deutlich zu erhöhen.
Die Validierung der Systeme erfolgte an verschiedenen biologischen und technischen Proben, darunter Schweineknochen, Hähnchenbrust und Hydrogel mit epithelialen Zysten. Die Messergebnisse der neuen OCT-Systeme zeigten signifikante Fortschritte in Funktionalität und Messgenauigkeit. Innere Strukturen konnten detailliert abgebildet werden und lieferten wertvolle zusätzliche Informationen.
Die erzielten Ergebnisse eröffnen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Forschung und für die Industrie, insbesondere in der Biotechnologie und Medizintechnik. Auch Messungen an z. B. Bipolarplatten von Brennstoffzellen zeigten großes Potenzial: Mit dem diametralen OCT-Ansatz konnten kritische Parameter wie die Ausdünnung der metallischen Platte oder Luftblasen im Dichtungsmaterial detektiert werden.
Die F.O.M. hat für dieses 31-monatige Projekt IGF-Fördermittel in Höhe von 238.888 Euro eingeworben, die zu 100 % an das Fraunhofer IPT Aachen weitergeleitet wurden. Das Projekt wurde durch das BMWE aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Forschungsarbeiten gingen in eine Dissertation ein und führten zu zwei Master-Arbeiten. Ausführliche Informationen zu diesem erfolgreich abgeschlossenen Projekt finden Sie auf der Projektwebseite und in der Erfolgsnote.