Zellveränderungen schneller erkennen

In einem kooperativen Forschungsprojekt der Westsächsischen Hochschule
Zwickau (WHZ), des Fraunhofer-Anwendungszentrum für
Oberflächentechnologien und Optische Messtechnik (AZOM) und des
Forschungsinstituts Leder und Kunststoffbahnen (FILK) untersuchen
Wissenschaftler, wie Veränderungen in Zellkulturen von Knorpel- und
Weichgewebe detektiert werden können.

Ein Ziel des Forschungsprojektes ist die Überwachung von Zellen sowie die
Früherkennung von Veränderungen und Zellschäden. Dies ist vor allem
wichtig, wenn die Verträglichkeit neuer Medikamente oder Kosmetika
untersucht werden soll. In konventionellen Test erfolgt die Detektion der
Zellgesundheit mit Hilfe biochemischer Tests, die z. B. die
Stoffwechselaktivität der Zellen bestimmen. Das Ergebnis der Wirkung liegt
häufig erst nach mehreren Tagen vor. Übergangszustände und Informationen,
wann genau erste Schäden auftreten, werden bisher nicht erfasst. Dadurch
kann die Wirkung nur anhand des Endergebnisses beurteilt werden. Wenn z.
B. ein Medikament zu einem früheren Zeitpunkt in den Zellen eine besondere
Reaktion hervorruft, ist das am Ende des Versuchs nicht mehr erkennbar.

Neues optisches Messverfahren entwickelt

Hier setzt das kooperative Forschungsprojekt an. Für die Untersuchung der
Vitalität von Zellen insbesondere bei Knorpel- und Weichgewebe, wurde vom
Leupold-Institut für Angewandte Naturwissenschaften der WHZ gemeinsam mit
dem Fraunhofer AZOM ein neues optisches Messverfahren entwickelt, das eine
Online-Messung der Zellen ermöglicht. Die Basis dafür ist ein
»Weißlichtlaser«, auch Superkontinuumsquelle genannt. Durch intensive,
ultrakurze Pulse ermöglicht dieser eine zerstörungsfreie Analyse von
Zellkulturen. Für die Versuche werden primäre, aus Gewebe isolierte Zellen
eingesetzt. Diese werden im biologischen Labor des FILK kultiviert und in
unterschiedliche Zustände, z. B. durch die Zugabe von Toxinen, versetzt.
Für die Auswertung und Erfassung der stofflichen Veränderung sowie Größe
und Anzahl der Zellen entwickeln die Wissenschaftler ein automatisiertes
optisches Messverfahren. Mithilfe neuer Methoden der Datenanalyse werden
die Zellzustände nun mit hoher Empfindlichkeit erfasst. Die Technik
ermöglicht eine Analyse dicker, tiefergelegener Zellschichten, was für
Untersuchungen an dreidimensionalen Zellkulturen und Geweben bedeutsam
ist.

Hintergrund

In der Forschung werden Zellen zur Aufklärung der Mechanismen von
Krankheiten untersucht. Dabei werden einzelne Zellen oder deren
Bestandteile mit Hilfe von weißem Laserlicht analysiert und nach
Strukturmerkmalen differenziert. Umwelteinflüsse wie Gift oder
Schadstoffe, die Verabreichung von Medikamenten oder Verwendung von
Kosmetika können Veränderungen in unseren Zellen herbeiführen. Eine
rechtzeitige Erkennung möglicher Zellschäden ist etwa bei Produkttests in
der Pharma- und Kosmetikindustrie hilfreich.

Über das Anwendungszentrum für Oberflächentechnologien und Optische
Messtechnik AZOM

Das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS betreibt in
Kooperation mit der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) das
Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und
Oberflächentechnologien (AZOM). Dort erforschen und entwickeln
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die neuesten Ansätze der
optischen Messtechnik, Bildverarbeitung, Prozesskontrolle und
Oberflächencharakterisierung. Ziel ist es, die Forschungsergebnisse
schnell und direkt in applikationsspezifische Lösungen für industrielle
Prozesse zu transferieren.  Das AZOM bildet eine Schnittstelle zwischen
angewandter Wissenschaft und Industrie in den Feldern Medizintechnik,
Kraftfahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Halbleitertechnologie.

Über die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ)

Die Westsächsische Hochschule Zwickau ist eine Hochschule mit den
Schwerpunkten Technik, Wirtschaft und Lebensqualität. An acht Fakultäten
mit etwa 50 Studiengängen sind rund 3 800 Studierende aus knapp 50 Ländern
immatrikuliert. In der angewandten Forschung ist die WHZ besonders
erfolgreich. Projekte wie die Entwicklung einer
Servicedatenbrillenanwendung für die Produktion, die Herstellung von
kapazitiven Energiespeichern mit extrem hoher Ladungsträgerdichte oder die
Entwicklung eines automatisierten Plug‐In‐Systems für den elektromobilen
öffentlichen Personennahverkehr verbinden 120 Jahre Tradition in der
Ingenieursausbildung mit den Anforderungen der Zukunft.