Projektdaten

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High(er)-Throughput-Charakterisierung von 3D-Zellkulturen mittels kombinierter Methoden auf der Basis der Lightsheetmikroskopie

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Selbstorganisierende und Scaffold-basierte 3O-Zellaggregate besitzen ein enormes Potenzial für die regenerative Medizin [1), das Screening nach neuen Wirkstoffen [2], [3] oder als Ersatz für Tierversuche [4]. Auch auf dem Gebiet der personalisierten Medizin können aus körpereigenen Zellen gebildete 3D-Zellaggregate die Basis für die Entwicklung geeigneter therapeutischer Ansätze beispielsweise für die Tumorbekämpfung sein [5]. Trotz intensiver Forschungsarbeiten für diese Anwendungsbereiche ist es bisher aus unterschiedlichen Gründen nicht gelungen, geeignete 3D-Zellaggregate in ausreichender Zahl mit der notwendigen Reproduzierbarkeit zu erzeugen und geeignete technische Systeme zum Handling von 3D-Zellaggregaten für die klinische Routine und für industrielle Anwendungen zur Verfügung zu stellen [6]. Mit dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt soll dieses Defizit beseitigt werden. Grundlage ist das Fokussieren der Kompetenzen von Fachgebieten der TU Ilmenau (TUILM): - Mikromechanische Systeme (FG MMS) - Technische Optik (FG TO) und des Institutes für Bioprozess- und Analysenmesstechnik, Heilbad Heiligenstadt (iba): - Analysenmesstechnik (FB AMT) - Biowerkstoffe (FB BW) - Bioprozesstechnik (FB BPT) In den Bereichen High(er)-Throughput-Technologien, Tissue Engineering, mechatronische Systemintegration und optische Technologien. Gesamtziel des Vorhabens ist Entwicklung und Etablierung eines optimierten technischen Systems auf der Basis der High(er)­Throughput-Technologie „pipe based bioreactors" (pbb) und darauf aufbauender Methoden zur Charakterisierung von sich selbst organisierenden und Scaffold-basierten 3D-Zellaggregaten. Im Mittelpunkt der Charakterisierung steht dabei die Methode der Lightsheetmikroskopie. In enger Kooperation zwischen den Arbeitsgruppen des iba und der TU Ilmenau werden folgende wissenschaftlich technische Ziele verfolgt: Wissenschaftliche Arbeitsziele: - Modifizierung und Adaptierung der pbb-Plattform an die Lightsheetmikroskopie - Nachweis der High(er)-Throughput-Fähigkeit der Lightsheetmikroskople lm Verbund mit der pbb-Plattform - Größenkontrollierte und standardisierte Bildung selbstorganisierter 3D-Zellkulturen (Mono- und Kokultur) - 3D-Charakterisierung se\bstorganisierender 3O-Zellkulturen mittels Lightsheelmlkro-skople und Mikroskopie/Spektroskopie - 3D-Charakterisierung Scaffold-baslerten 3O-Zellkulturen mittels Lightsheetmlkroskopie und Elektroimpedanzspektroskopie - standardisierte Cytotoxizltätsprotokolle (SCP) an selbstorganisierten 3D-Zellkuturen (Mono- und Kokultur) anhand von immunocytochemlschen, biochemischen und LSFM-Nachweismethoden In pbb - Konzepte und Systeme für das Manipulieren von Kompartimenten der pbb-Plattform auf der Basis mechatronischer Systemintegration - Konzepte und Systeme für die Optimierung der Abbildungsqualität der Lightsheet-mikroskopie Von den Fachgebieten Mikromechan!sche Systeme und Technische Optik der TU ilmenau werden dabei im Spezifischen folgende Arbeitspakete addresslert: AP 7 Entwurf eines Sortlermoduls mit der Möglichkeit zur individuellen Aktuierung von ppb AP 8 Fertigung von Mustermodulen AP 9 Systemintegration AP 1 o Optische Charakterisierung der Scaffolds und mikrofluidischen pbb-Systeme AP 11 Adaptive Beleuchtungs- und Abbildungssysteme für Scaffolds und pbb-Systeme AP 12 Realisierung Frelformoptischer und beugungsoptischer Bauelemente und Module AP 13 Herstellung der optischen Bauelemente und Demonstrationsaufbauten