Optofluidische Einzel-Zell-Analyse-Plattform

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin ; Medizin
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548189185

Bei dem beantragten Gerät handelt es sich um eine Analyse-Plattform, die hochdimensionale Untersuchungen von Einzel-Zellen und Zell-Populationen auf einem Nano-Chip ermöglicht. Das Gerät ist neuartig, innovativ und soll in prä-klinischen und translationalen Forschungsprojekten zur zellulären Immuntherapie maligner und nicht-maligner Erkrankungen eingesetzt werden. Dabei sollen v.a. Forschungsprojekte zu Chimärer Antigen Rezeptor (CAR)-modifizierten T-Zellen im Vordergrund stehen. Das Gerät arbeitet automatisiert und importiert die zu untersuchenden Zellen schonend über Lichtimpulse in Nano-Kammern (Pins) auf einem Nano-Chip (10.000-20.000 Pins/Chip). Die Zellen können in dem Nano-Chip über mehrere Tage unter sterilen Bedingungen kultiviert und fortlaufend analysiert werden. Beim Import können die zu untersuchenden Zellen über Fluoreszenz-markierte Oberflächenmarker phänotypisiert und sortiert werden, und anschließend auf funktionelle Parameter (z.B. CAR-T-Zellen: Proliferation und Differenzierung, Zytokin-Muster und Sequenz, Zytotoxizitäts-Kinetik und Mechanismus, Avidität/Affinität und Zell-Zell-Interaktion mit anderen Immunzellen bzw. Tumorzellen) dynamisch untersucht, beobachtet (Imaging) und moduliert werden. Sowohl Immun- als auch Nicht-Immunzellen können entsprechend des gewünschten Versuchsaufbaus als Einzelzellen oder Zell-Populationen in verschiedenen Verhältnissen in die Kammern geladen und in Kurz- oder Langzeitexperimenten (24 Stunden/1 Tag – bis 168 Stunden/7 Tage) analysiert werden. Im Anschluss können dieselben Zellen für weitere Downstream-Analysen in Einzelzellauflösung (z.B. in vivo Funktion, Super-Resolution Mikroskopie, Genomics, Proteomics) anhand der zuvor erhobenen funktionellen Parameter sortiert und exportiert werden. Dieser Analyseprozess aus Phänotypisierung - Sortierung-hochdimensionale funktionelle Analyse/Imaging-Sortierung und Export für weitere Analysen ist mit konventionellen Geräten und Methoden bisher nicht abbildbar. Mit dem beantragten Gerät können erstmals an ein- und derselben Zelle longitudinal, hochdimensionale Daten (>100.000 Datenpunkte zu >30 Parametern/Zelle in 7 Tagen) erhoben werden. Durch die innovative Lichtimpuls/Pin Technologie können je nach Fragestellung bereits sehr kleine Zellpopulationen für die Datenerhebung ausreichen (z.B. aus Patientenproben), aber auch sehr große Zellpopulationen prozessiert werden (z.B. bei Screening Experimenten). Am Lehrstuhl für Zelluläre Immuntherapie sollen mit Hilfe des beantragten Gerätes primär Fragestellungen aus dem Bereich der CAR-T-Zell Immuntherapie bearbeitet werden, um neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der malignen und nicht-malignen Erkrankungen zu er-schließen, die Zell-Produkte in Bezug auf ihre Zusammensetzung aus definierten Subpopulationen, ihre Wirksamkeit, Sicherheit und Herstellung zu analysieren und kontinuierlich zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Optofluidische Einzel-Zell-Analyse-Plattform
• Gerätegruppe: 3500 Zellzähl- und Klassiergeräte (außer Blutanalyse), Koloniezähler
• Antragstellende Institution: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Leiter: Professor Dr. Michael Hudecek