Lasergestützte Transfektion und Manipulation von Zellen in einem Mikrofluidikaufbau

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten König
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285718390

Ziel des Projektes ist die Realisierung eines neuartigen, automatisierten Systems zur lasergestützten Zellmembranporation und Transfektion fließender Zellen innerhalb eines Mikrofluidikaufbaus, in dem die Zellen räumlich eingeschränkt und durch einen fokussierten Laserstrahl mit variabler Fokuslänge geleitet werden. Beim Durchlaufen des Laserstrahls wird durch die Wechselwirkung mit der Strahlung die äußere Membran der Zellen kurzzeitig und vorrübergehen permeabel ("Nanobohrung"), so dass Makromoleküle aus der umgebenen Flüssigkeit in das Zytoplasma gelangen können. Der neuartige Aufbau verknüpft die Vorteile der lasergestützten Zelltransfektion der Technik der Mikrofluidik und vermeidet die herkömmlicherweise aufwendige und zeitraubende Fokussierung des Laserlichts auf einzelne Zellen. Das System wird so die lasergestützte Transfektion von Zellen mit sehr hohen Durchsatz uns sehr hoher Zellviabilität ermöglichen. Der Mikrofluidikaufbau ermöglicht eine präzise Steuerung der Fließgeschwindigkeit, ein schnelles Anhalten und Starten der Strömung mit Schaltzeiten im Mikrosekundbereich, die Diagnose einer erfolgreichen Transfektion, sowie das Aussortieren nicht transfizierter Zellen zur erneuten Laserbestrahlung oder zur kompletten Herausnahme aus der Zellpopulation. Ein erfolgreicher Transfektionsprozess wird in einem späteren zweiten Durchgang aufgrund der Fluoreszenz zum Beispiel bei Expression grün fluoreszierender Proteine (GFP) diagnostiziert. Im Falle eines erfolgreichen Projektverlaufes soll der Aufbau weitgehend in ein Lab-on-Chip-System integriert werden. Dabei soll die Femtosekundenlaserstrahlung mittels Lichtfaser in das Mikrofluidiksystem integriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Femtosekunden-Oszillator
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Mitverantwortlich: Dr. Hans Georg Breunig