LabBag®

Humane Stammzellen gelten als Hoffnungsträger in der personalisierten Medizin und sollen zukünftig z. B. in der Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden. In einem vom Fraunhofer IST koordinierten Gemeinschaftsprojekt wurde ein geschlossenes oberflächenbasiertes Kultivierungssystem entwickelt.

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Plasmajet

Ein neuer Ansatz zur medizinischen Behandlung von fehlenden Knochenfragmenten ist das Implantieren von 3D-gedruckten und biologisch abbaubaren Polymergerüsten, sogenannten Scaffolds. Am Fraunhofer IST werden dazu während des 3D-Druckvorgangs mit einem Plasmajet Schichten mit geeigneten chemischen Gruppen mittels Atmosphärendruck-PECVD abgeschieden.

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ALD in fluidischen Systemen

Die gleichmäßige Innenbeschichtung von fluidischen Systemen mit nanometerdicken Schichten stellt eine besondere Herausforderung dar. Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IST ist es, mittels Atomlagenabscheidung bei Atmosphärendruck atomar kompakte Schichten homogen in komplexen fluidischen Systemen auch bei niedrigen Temperaturen abzuscheiden.

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Tuberkulosetest

Tuberkulose (TB) ist auch heutzutage noch eine der am häufigsten tödlich verlaufenden Infektionskrankheiten weltweit. Das Fraunhofer ISTentwickelt einen Test, mit dem die Krankheit nicht nur frühzeitig und zuverlässig, sondern auch ohne hohen Geräte- und Kostenaufwand erkannt werden kann.

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Reduzierung der Migration von Weichmachern aus PVC

Am Fraunhofer IST wird daran gearbeitet, durch Beschichtung sowie Vernetzung des PVC-Kunststoffs die Migration der Weichmacher aus dem Polymer zu reduzieren bzw. komplett zu verhindern.

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Neue Plasmajets für die Silberreinigung

Am Fraunhofer IST wurden stiftähnliche Jetsysteme entwickelt, die mittels dielektrisch behinderter Entladung (DBE) ein schonendes Arbeiten bei niedrigen Temperaturen bis 50 °C und somit auch die Behandlung von temperatursensiblen und fragilen Kulturgütern ermöglichen.

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LabBag® - Labor im Beutel

LabBag® – ein geschlossenes Minilabor zur 3D-Zellkultivierung.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

LabBag® – ein geschlossenes Minilabor zur 3D-Zellkultivierung.

Humane Stammzellen gelten als Hoffnungsträger in der personalisierten Medizin und sollen zukünftig z. B. in der Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden. In einem vom Fraunhofer IST koordinierten Gemeinschaftsprojekt wurde zusammen mit den Fraunhofer-Instituten IBMT und IVV ein geschlossenes oberflächenbasiertes Kultivierungssystem entwickelt. Mithilfe des sogenannten LabBag® lassen sich diese Zellen kosten­günstig, schnell und steril kultivieren, differenzieren und einfrieren.

Kultivierung von Stammzellen

Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, bisher unheilbare Krankheiten mittels Stammzellen zu therapieren oder verschiedene Krankheiten grundlegend zu erforschen. Hierfür ist die Verfügbarkeit von hochwertigem dreidimensionalen Zellmaterial unerlässlich, da derartige Systeme die Bedingungen im Organismus deutlich besser widerspiegeln, als die bisher eingesetzten zweidimensionalen Zellkulturen. Für die Kultivierung von 3D-Aggregaten wird die Methode im »Hängenden Tropfen« eingesetzt. Bisher werden Zellaggregate aus Stammzellen entweder mithilfe von Pipettierrobotern, deren Anschaffung und Wartung sehr teuer ist, oder durch manuelles Pipettieren erzeugt. Letzteres ist mit einem hohen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden, erfordert viel Übung und birgt ein hohes Kontaminationsrisiko.

Um dieses Verfahren kostengünstiger und vor allem steril durchführen zu können, haben sich die Fraunhofer-Institute für Biomedizinische Technik IBMT, für Schicht- und Oberflächentechnik IST und für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV zusammengeschlossen und den sogenannten LabBag® entwickelt. In diesem Minilabor lassen sich humane induziert pluripotente Stammzellen in einer sterilen Umgebung kultivieren und zu 3D-Aggregaten formen.

Beschichtung zur Bildung von hängenden Tropfen

Ausschlaggebend für die Ausbildung der hängenden Tropfen ist die am Fraunhofer IST entwickelte Beschichtung auf der Beutelinnenseite. Diese wird mittels Atmosphärendruck-Plasmaverfahren aufgebracht und besteht aus einem Mehrschichtsystem. Der Untergrund des Systems ist superhydrophob und auch abweisend gegenüber dem Zellkulturmedium. Darauf angeordnet sind hydrophile Spots, in welchen sich das Zellkulturmedium sammelt. Im geschlossenen Beutel können auf diese Weise durch einfaches Schwenken innerhalb weniger Sekunden einige hundert hängende Tropfen erzeugt werden. Die Zellen sinken in den Tropfen ab und bilden innerhalb von 72 Stunden die gewünschten 3D-Zellaggregate.

Vorteile des LabBag®

Bei der Beschichtung der Beutelinnenseite mittels Atmosphärendruck-Plasmaverfahren handelt es sich um einen »trockenen« Prozess, d. h. es kann auf jeglichen Einsatz von Lösungsmitteln verzichtet werden. Dies ist ein großer Vorteil, da Rückstände des Lösungsmittels die Zellen unter Umständen schädigen würden. Über die verwendeten Prozessgase und Schichtbilder lassen sich zudem die gewünschten Schicht­eigenschaften einstellen, sodass eine optimierte Oberfläche für die Bildung der hängenden Tropfen entsteht.

Weitere Vorteile des LabBag® sind:

  • Geringere Personal- und Sachkosten
  • Gesteigerte Zellausbeute und Prozesssicherheit
  • Einfache Einstellung des Tropfenvolumens und somit der Aggregatgrößen durch Variation der abgeschiedenen Spotdurchmesser auf der Beuteloberfläche
  • Kryokonservierung der Zellen im LabBag®

Das Projekt

Diese Arbeiten wurden von der Fraunhofer-Gesellschaft im Rahmen der internen Programme gefördert (WISA »LabBag«).

Weitere Beiträge aus dem Bereich Life Science und Umwelt finden Sie hier.