Optische Reprogammierung von Stammzellen mit Sub-15 Femtosekunden-Laserpulsen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zielsetzung des Projektes war die lasergestützte Reprogrammierung muriner und humaner Zellen zur Herstellung von induzierten pluripotenten Stammzellen. Die lasergestützte Reprogrammierung kommt völlig ohne den Einsatz von Viren aus und war zu Beginn des Projektes trotz der zahlreichen Vorteile des Verfahrens weltweit nicht realisiert worden. Im Rahmen des Projektes wurde dazu eine neuartige Laser-Mikroskop-Plattform in Verbindung mit einem sub 15 fs-Laser entwickelt und realisiert. Zur Automatisierung der Laserbestrahlungsprozedur wurde eine neue Steuersoftware entwickelt, die die Zellerkennung und Bestrahlung einer großen Zahl von Zellen ermöglichte und das Verfahren gegenüber der manuellen Strahlausrichtung wesentlich beschleunigte. Für die Charakterisierung der Zelltransfektionen wurde ein Fluoreszenzmikroskop eingesetzt sowie ein FLIM-System mit 16 Spektral-Kanälen. Mit Hilfe der transienten Laserpulsbestrahlung konnten erstmalig auf optischem Weg vier Transkriptions-Faktoren sowie das Marker-Gen GFP in humane dermale Fibroblasten eingeschleust werden. Dabei wurden bereits nach einem Bestrahlungszyklus charakteristische Zell-Kolonien beobachtet. Die lasergestützte Reprogrammierung konnte so als Methode, die vollständig virusfrei ist und dadurch das Risiko einer Krebsbildung minimiert, vorgestellt werden. In anderen Experimenten konnte erfolgreich die optische Reinigung einer Zellkultur, durch gezieltes Ausschalten unerwünschter Zellen, ohne Schädigung der Nachbarzellen, gezeigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014). High‐throughput continuous flow femtosecond laser‐assisted cell optoporation and transfection. Microscopy Research and technique, 77(12), 974-979
Breunig, H. G., Uchugonova, A., Batista, A., & König, K.
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(2015). Optical reprogramming and optical characterization of cells using femtosecond lasers. In: Optically Induced Nanostructures, K. König and A. Ostendorf, Eds., Berlin: de Gruyter, 2015, pp. 47–72
Uchugonova, A., Breunig, H. G., Augspurger, C., Monaghan, M., Schenke-Layland, K., & König, K.
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(2015). Optical reprogramming of human cells in an ultrashort femtosecond laser microfluidic transfection platform. J Biophotonics. 2015 Nov 4
Uchugonova, A., Breunig, H. G., Batista, A., & König, K.
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(2015). Optical reprogramming of human somatic cells using ultrashort Bessel-shaped near-infrared femtosecond laser pulses, Journal of Biomedical Optics 20(11), 115008
Uchugonova, A., Breunig, H. G., Batista, A., & König, K.
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(2015). Software-aided automatic laser optoporation and transfection of cells. Scientific Reports, 5, 11185
Breunig, H. G., Uchugonova, A., Batista, A., & König, K.
