18.06.2008 · Ein zwei mal zwei Zentimeter großer Siliziumchip ermöglicht es, das Verhalten von Gewebeproben zu untersuchen. Langwierige Mikroskopuntersuchungen sollen sich durch das neue Verfahren ersetzen und die Entwicklungszeiten für Medikamente auf diese Weise verkürzen lassen.
Von Joachim Müller-Jung
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Der neue Laborchip aus Leipzig
Ein neuer Biochip, der es möglich macht, reihenweise Zellverbände und Gewebeteile auf die Wirkung von Arzneien und Chemikalien zu testen, ist von Forschern des Biotechnologisch-Biomedizinischen Zentrums (BBZ) der Universität Leipzig entwickelt worden. Wie die Gruppe um Andrea Robitzki in der Zeitschrift „Chemistry World“ der britischen Royal Society of Chemistry (Bd. 8, S. 879) berichtet, werden die weniger als einen halben Millimeter kleinen und bis zu hunderttausend Zellen umfassenden Gewebestücke in den winzigen Kuhlen eines Silziumchips präpariert. An jeder dieser Miniatur-Petrischalen liegen vier Elektroden an, durch die Strom fließt. Empfindliche Messgeräte, die den Widerstand ermitteln, registrieren jede Veränderung des Stromflusses. Damit lassen sich den Forschern zufolge Rückschlüsse auf das Verhalten der dreidimensionalen Zellverbände ziehen.
So haben die Leipziger Forscher, die den zwei mal zwei Zentimeter großen Chip gemeinsam mit Wissenschaftlern der Technischen Universität Ilmenau entwickelt haben, die Wirkung verschiedener Krebsmedikamente auf Tumorproben des gefürchteten Schwarzen Hautkrebses untersucht. Es zeigte sich, dass schon geringste Veränderungen der Wachstumsgeschwindigkeit in den Gewebeproben eine Art elektrischen Fingerabdruck hinterlassen. Manche langwierigen Mikroskopuntersuchungen sollen so ersetzt werden.
Verkürzte Entwicklungszeit für Medikamente in Aussicht
Binden spezielle Wirkstoffe an die Oberfläche der Zellen, ändern diese dadurch ihre Form oder den Abstand zueinander oder sterben einzelne Zellen ab, schlägt sich das offenbar charakteristisch in den Widerstandsmessungen nieder. Selbst so spezielle Phänomene wie der programmierte Zelltod, der sich als Folge der Einwirkung von Zellgiften einstellen kann, lassen sich nach Aussagen der Forscher identifizieren. „Wir können die Wirkung auf diese komplexen Zellkulturen blitzschnell oder auch in Echtzeit über Tage und Wochen hinweg beobachten“, sagt Robitzki, die von einem der ersten praxistauglichen „3-D-Labchips“ spricht. Robitzki: „Wir versprechen uns davon, die Entwicklungszeit von Arzneien drastisch zu verringern und auch Tierversuche zu vermeiden.“
© BBZ/Uni Leipzig
In winzigen Kuhlen werden die weniger als einen halben Milimeter großen Gewebestücke präpariert
Obwohl die Automatisierung der Chiptechnik mit Robotersystem noch in der Entwicklung steckt, haben die Leipziger Wissenschaftler bereits gemeinsam mit der Industrie ein Wirkstoff-Screening für Herzmuskelzellen begonnen. Mit dem Laborchip lassen sich reihenweise Mini-Elektrokardiogramme ableiten und so die Sauerstoffversorgung der Herzzellen überwachen. Ein „mitteldeutsches Konsortium“ mit Instituten und Firmen aus Leipzig, Ilmenau und Magdeburg treibt jetzt die Weiterentwicklung voran.
Joachim Müller-Jung Jahrgang 1964, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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