Qualitätssicherung für 3D-Zellmodelle
LZH hat im Projekt AutoSphere ein Lasersystem zur zerstörungsfreien Bildgebung weiterentwickelt.
Dreidimensionale Zellmodelle könnten die Medikamentenentwicklung grundlegend verändern – wenn ihre Qualität zuverlässig und effizient kontrolliert werden kann. Das LZH hat im Projekt AutoSphere ein Lasersystem zur zerstörungsfreien Bildgebung so weiterentwickelt, dass es nun auch ohne Spezialkenntnisse einsetzbar ist.
Zellsphäroide und Organoide sind dreidimensionale Zellkulturen, die menschliches Gewebe weit genauer nachbilden als herkömmliche flache Zellkulturen. Für die Pharmaindustrie sind sie deshalb besonders interessant: Sie versprechen präzisere Aussagen darüber, wie Wirkstoffe im menschlichen Körper wirken. Damit diese Modelle im industriellen Maßstab eingesetzt werden können, braucht es jedoch verlässliche Methoden zur Qualitätskontrolle – und zwar solche, die die empfindlichen Proben nicht zerstören und gleichzeitig hohe Durchsatzraten ermöglichen.
Das Scanning Laser Optical Tomography (SLOT)-Verfahren erfüllt diese Kriterien: Es erstellt dreidimensionale Bilder von Zell- und Gewebemodellen im Mikro- bis Millimeterbereich – ohne die Probe zu beschädigen. Die Bauweise von SLOT erlaubt es verschiedene Kontrastmechanismen, wie Transmission, Fluoreszenz sowie Streulicht, zu nutzen, was es von anderen 3D-Systemen wie dem Lichtblattmikroskop abhebt. Zudem erreicht es eine besonders hohe Empfindlichkeit. So detektiert SLOT auch schwache Fluoreszenzsignale körpereigener Marker – ohne zusätzliche Färbung. Da das SLOT modular aufgebaut ist, ist es kostengünstiger als viele kommerzielle Systeme.
Im Projekt AutoSphere hat das LZH-Team SLOT vom Laborprototyp zu einem praxistauglichen Demonstrator weiterentwickelt. Das System kann nun auch kleinere Proben untersuchen, Messungen laufen stärker automatisiert ab, und die Bedienung wurde deutlich vereinfacht. Praxistests bestätigen: Auch Anwenderinnen und Anwender ohne optische Spezialkenntnisse können das System erfolgreich nutzen. Zusätzlich integrierten die Forschenden KI-Algorithmen, die die Bildauflösung nachträglich verbessern.
Parallel dazu entstand ein optisches Monitoring-System für die Kultivierung der Zellmodelle in Ultraschallbioreaktoren bei den Verbundpartnern InSCREENex GmbH und OSPIN GmbH. Es erkennt automatisch, wenn sich Zellcluster bilden, und ermöglicht so eine schnelle Anpassung der Kulturbedingungen. Erste Labortests verliefen erfolgreich. Für den Routineeinsatz in der Industrie sind weitere Validierungsstudien geplant. [LZH / dre]
