Ziel der Entwicklung
Aus dem Verhalten bestimmter biologischer Zellkulturen auf verschiedene Umwelteinflüsse und Substanzen, können Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen bei anderen Anwendungen geschlossen werden. Eine wichtige Aufgabe ist hierbei die Bestimmung der Biokompatibilität von Werk- und Wirkstoffen zur Bestimmung der Gewebeverträglichkeit von Produkten, die im direkten Kontakt mit der Körperoberfläche stehen. Die biologische Beurteilung erfolgt mittels DIN EN ISO 10993-5, einer Norm, die für alle Medizinprodukte gültig ist. Für eine quantitative Bestimmung der Anzahl lebender Zellen in einem Nährmedium dienen vor allem histologische Methoden. Bei diesen Verfahren werden die Zellpopulationen mit bestimmten zytochemischen Farbstoffen behandelt. Bekannt ist der MTT-Test, ein sogenannter Zytotoxizität-Test zum Nachweis der Zellvitalität. Die Zellen werden in vitro mit dem namensgebenden Farbstoff, einem gelben Tetrazoliumsalz, behandelt, um ihre Lebensfähigkeit beziehungsweise den Anteil lebender Zellen im Vergleich zu einer Kontrollprobe von Zellen zu messen. Allerdings kann die Bewertung der Biokompatibilität erst nach dem Beenden einer Versuchsreihe erfolgen. Farbunterschiede erleichtern eine bessere Differenzierung lebender und toter Zellen bei den anschließenden Auszählungen. Ein neues Verfahren erlaubt die Bewertung der Biokompatibilität schon während der Versuchsdurchführung. Das Messgerät besteht aus einem Sensor mit einer Auswerteelektronik und erfasst die Daten mittels Impedanzspektroskopie. Grundlage hierfür bildet die durch Adhäsion entstehende galvanische Kopplung zwischen Zellen und dem Sensor. Vitale Zellen verhalten sich im Nährmedium wie ein Isolator, der sich durch Adhäsion mit dem Zellträger verbindet. Beim Eintritt des Zelltods bricht die Zellmembran auf und infolgedessen zerfallen die Adhäsionskontakte. Die Zelle wirkt nicht mehr als Isolator. Die gemessene Impedanz ändert sich, hervorgerufen durch eine galvanische Kopplung zwischen Zellen und dem Sensor.
Vorteile und Lösungen
Der elektrische Widerstand ist dabei proportional der Anzahl der Zellen auf der Oberfläche des Nährmediums. Die elektrische Messung bietet gegenüber den optischen Methoden viele Vorteile:
- einfache Parallelisierung
- kein Einsatz von Farbstoffen und
- eine zeitaufgelöste Beobachtung über die gesamte Messdauer
Die Evaluierung des Bio-Instruments wurde an den Bindegewebszellen L929 durchgeführt. In das Nährmedium werden verschiedenen Konzentrationen eines biokompatiblen Extraktes gegeben und die Zellvitalität beziehungsweise die potenzielle zelltoxische Wirkung im Vergleich zu einer Kontrollkolonie bestimmt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Durch das Ergebnis des Projektes ist es möglich, die verwendeten Sensoren für verschiedene Anwendungen zu testen und so neue Industriepartner für weitere Forschungsprojekte zu gewinnen. Das Ergebnis enthält einerseits die Entwicklung und die Optimierung der systembestimmenden Komponenten als auch die Entwicklung von vollständigen Systemen in Silizium. Die Erfolgsaussichten bei den Einzelkomponenten sind hinsichtlich des Nachweises der Funktion und der Umsetzung in verwertbare Einzelkomponenten sehr hoch. Ein hoher Anspruch ergibt sich zudem aus der Optimierung der Aufbau- und Verbindungstechnik bezüglich hoher Sensitivität und Reproduzierbarkeit der Sensoranordnungen.