AKTIVATES

Komplettsystem für die Kardiomyozyten-Biologie

© Foto Fraunhofer FIT

Mit Elektrophysiologie und Live-Cell- Imaging lebende Systeme verstehen

Für die Entwicklung neuer Medikamente und Wirkstoffe sind einfach aufgebaute Systeme, die relevante Aussagen über biologische Systeme machen können, eine kostengünstige Alternative zu in vitro Untersuchungen. Fraunhofer FIT hat mit Aktivates ein Komplettsystem für die automatisierte Untersuchung lebender Kulturzellen entwickelt. Durch die Synthese von Mikroskopie, Elektrophysiologie und anderen Disziplinen können Sie mehrere Zellparameter gleichzeitig aufzeichnen. Das erlaubt die automatisierte Risikobewertung von Wirkstoffen, beispielsweise an schlagenden Herzmuskelzellen. Das System ist gleichzeitig so modular und frei konfigurierbar, dass es auch für Arrhythmieforschung oder neuronale Zellkulturen angewendet werden kann.

Elektroden des Chips mit angewachsenen Kardiomyozyten.

Aggregierte Kardiomyozyten mit überlagerten Bewegungsvektoren (grün).

Komponenten

Mikrosystemtechnik

Auf Mikrofluidikchips können Sie die Stammzellen über lange Zeiträume kultivieren und währenddessen typische Kultivierungsparameter wie pH und Temperatur genau kontrollieren. Die Mikrofluidikchips sind verschließbar, um die Zellen steril zu halten. Außerdem hat Fraunhofer FIT die Oberfläche für die Zelladhäsion und die Fluidik für eine homogene Wirkstoffanflutung optimiert. Die Fluidik stellt dabei eine konstante Kontrolle der Zellviabilität bei minimalem Einsatz von Verbrauchsmaterialien sicher.

Mikroskopie

Die Mikroskopeinheit bildet die Signalausbreitung der elektrischen Aktivität über einen großen räumlichen Bereich ab. Damit können Sie etwa die eines Wirkung einer Substanz auf die Stärke der Herzmuskelzellenkontraktion oder die Weiterleitung der Aktivität zwischen den Zellen bestimmen. Das kostengünstige Mikrobanksystem ist kompakt und leicht erweiter- bzw. adaptierbar.

Elektrophysiologie

Mit Multielektroden-Arrays werden Feldpotentiale der Zellen gemessen. Dadurch können Sie in hoher zeitlicher Auflösung Effekte von Wirkstoffen auf die elektrische Aktivität der Zellen bestimmen, beispielsweise eine Veränderung der EKG-Kurve. Dies wäre ein Hinweis auf eine mögliche Störung des Herzrhythmus. Die elektrophysiologische Messeinheit haben wir als Digitalverstärker realisiert. Der Vorteil zum analogen Verstärker liegt darin, dass Bausteine programmiert und damit erste Analyseschritte der Daten auf der Verstärkerplatine durchgeführt werden können.

Software

Die Software ist integraler Bestandteil unseres Entwicklungskonzeptes. Sie erlaubt die Messung multipler Parameter bei toxikologischen und pharmakologischen Wirkstoffuntersuchungen. Der Endnutzer wird dabei durch den Datenaufnahmeprozess geleitet. Bei unseren Softwareentwicklungen legen wir besonderen Wert auf die Bedienerfreundlichkeit.

Fraunhofer FIT forscht zudem auf dem Gebiet der rekombinanten Kontrollsoftware. Ziel ist eine flexible Software, die auf verschiedene Hardware-Setups einstellbar ist. Austauschbare Hardwaremodule werden dann mit rekombinanten Softwareinterfaces ausgestattet. Damit können wir den Gesamtablauf automatisch an die Rahmenbedingungen der jeweils eingesetzten Hardware anpassen.

Fraunhofer FIT hat Aktivates in enger Kooperation mit dem Kölner Biotech-Unternehmen Axiogenesis AG entwickelt.