Im Rahmen des IGF-Projekts "Zellmanipulation im Hochdurchsatz mittels gepulster Laser" (CellPulse; 20134 N) des Instituts für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik an der Universität Ulm, für das die Forschungsvereinigung F.O.M. Fördermittel eingeworben hat, sollte die transiente Permeabilisierung von Säugerzellen im Hochdurchsatz mithilfe von einzelnen Sub-Nanosekunden-Laserpulsen ohne Applikation exogener Absorber erreicht werden, um eine präzise, flächige Zellmanipulation zu ermöglichen. Das Projekt wurde im November 2020 erfolgreich abgeschlossen.

Den Wissenschaftlern ist es gelungen, beim Beschuss von den Säugerzelllinien CHO und THP-1 mit einem Nd:YVO4-Laser die Bestrahlungsparameter Pulsenergie, Energiedichte, Rayleighlänge (Abstand zum Fokus, in dem sich die Strahlquerschnittsfläche verdoppelt) und Fokuslage so zu optimieren, dass eine transiente Permeabilisierung der Zellen erzielt werden konnte. Eine flächige transiente Zellpermeabilisierung konnte ebenfalls reproduzierbar unter weitgehender Vermeidung laserpulsinduziertem Zellabsterbens erreicht werden. Dies ermöglicht einen zeitlich und räumlich kontrollierten Transport von Substanzen aus dem umgebenden Medium in die Zellen. Dabei ist eine zelllinienspezifische Optimierung der Bestrahlungsparameter empfehlenswert.

Die entwickelte Technologie bietet für biotechnologische Applikationen vielfältiges Einsatzpotential und kann somit sowohl in den Life Sciences, der in vitro Diagnostik, Wirkstoffforschung als auch in therapeutischen Verfahren in der Human- und Veterinärmedizin eingesetzt werden. KMU können das Verfahren in bestehende Geräte zur Hochdurchsatz-Zellbeobachtung und vergleichbare automatisierte Mikroskope oder High Content Screening Systeme implementieren, wodurch die Systeme eine substanzielle Applikationserweiterung erfahren. In zukunftsweisenden Technologien wie Organ-on-Chip eröffnet die Technologie die Möglichkeit, Zellen in ihrem Gewebeverband zielgerichtet zu manipulieren. Dadurch werden sowohl in der in vitro Diagnostik als auch in der Wirkstoffforschung neue Verfahren möglich.

Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Weitere Informationen zum Projekt und zu den Ergebnissen finden Sie auf der Projektseite und in der Erfolgsnote.