PoreGenic® - Patch-on-Chip-System für Zellnetzwerke

Event
10. Dresdner Sensor-Symposium 2011
2011-12-05 - 2011-12-07
Dresden
Chapter
Miniaturisierte analytische Verfahren I
Author(s)
C. Tautorat, D. Franz, J. Gimsa, W. Baumann, H. Beikirch, P. Köster - Rostock
Pages
41 - 46
DOI
10.5162/10dss2011/2.2
ISBN
978-3942710-53-4
Price
free

Abstract

In der Medikamentenentwicklung werden die Reaktionen lebender, biologischer Zellen auf neue pharmazeutische Wirkstoffe untersucht. Für qualitativ hochwertige Messungen wird dabei die Patch-Clamp-Technik angewendet, die in den letzten 20 Jahren zunehmend automatisiert wurde. Die automatisierten Patch-Clamp-Systeme sind allerdings funktionsbedingt auf die Untersuchung von suspendierten Einzelzellen beschränkt, obwohl die meisten Zellen im Menschen, im Tier sowie in Pflanzen adhärent in Zellnetzwerken leben. Die Analyse der vernetzten Zellkultur wurde demnach in der Medikamentenentwicklung bisher eher vernachlässigt, woraus sich unsere Motivation ableitet, ein neuartiges Patch-on-Chip-System (PoreGenic®) für natürliche Zellnetzwerke zu entwickeln.
Die hier vorgestellte erste Entwicklungsstufe von PoreGenic® diente der Erprobung und Weiterentwicklung der lokalen Elektroporation als Öffnungswerkzeug für Zellmembranen. Auf diese Weise sollen intrazelluläre Ganzzellableitungen sowie das zielgerichtete Einschleusen von Substanzen in eine oder mehrere ausgewählte Zellen im Netzwerk ermöglicht werden. Wir verwendeten dafür mikrostrukturierte Nadelelektroden mit Höhen zwischen 1 μm bis 5 μm, deren technische Machbarkeit zunächst gezeigt werden musste. Es wurden vier verschiedene Elektrodentypen prozessiert und erprobt, die jeweils in einem 8×8 Multielektrodenarray auf einem Sensorchip angeordnet sind. Mit der angeschlossenen Elektronik war es uns bereits möglich erste intra- und extrazelluläre Potentiale über die Nadelelektroden abzuleiten. Voltage- oder Current-Clamp-Ableitungen sind mit diesen Elektroden jedoch nicht möglich.
Wir stellen nachfolgend den Systemaufbau (Sensorchip, Nadelelektroden etc.), Ergebnisse zur lokalen Elektroporation sowie intra- und extrazelluläre Signalableitungen vor. Abschließend geben wir einen Ausblick auf den aktuellen Entwicklungsstand des PoreGenic®-Systems, das Patch-on-Chip-Ableitungen mit bis zu 16 Hohlnadelstrukturen auf einem Fluidikchip ermöglicht.

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