Encapsulation, Manipulation, and Analysis of Single Cells in Individual Compartments: A Functional FACS Device in a Microfluidic Chip

• Applicant: Professorin Dr. Sarah Köster
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2006 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 34262758

Im Rahmen des beantragten Projekts soll ein Mikrofluidik-„Chip“ entwickelt werden, der es erlaubt, einzelne Zellen in individuellen Pikoliter-Volumina einzuschließen, sie chemisch und physikalisch zu manipulieren, die Zellantwort zu analysieren und Zellen mit speziellen vordefinierten Eigenschaften auszusortieren. Bestehende Durchflusszytometrie-Systeme zur Sortierung von Zellen haben den Nachteil, dass die Zellen sofort nach der Auftrennung sortiert werden und keine weitere Manipulation möglich ist. Im Gegensatz dazu wollen wir die Schritte der Manipulation und der Analyse auf einem einzigen Mikrofluidik-Bauteil verbinden. Dazu werden eine große Anzahl einzelner Zellen jeweils in ein Wassertröpfchen eingeschlossen. Diese Tröpfchen in einer kontinuierlichen Ölphase dienen als „Mikroumgebung“ für die Zellen. Wir werden weitere Tröpfchen mit denjenigen, die die Zellen enthalten, vereinigen und auf diese Weise bestimmte Chemikalien beimischen. Mit verschiedenen mikroskopischen und spektroskopischen Methoden können wir die Zellen über einen längeren Zeitraum hinweg beobachten, sie anschließend optisch und mechanisch sondieren und sie schließlich mit Hilfe von elektrischen Feldern sortieren. Auf diese Weise werden wir Fragen bezüglich Zell-Biochemie, Membran-Elastizität und Mechanik des Zytoskelets beantworten können. Die immanente Flexibilität der mikrofluidischen Techniken erlaubt es, das Bauteil für eine Vielzahl von Fragestellungen anzupassen. Wir werden Experimente mit Hefezellen durchführen um dieses bemerkenswerte Potential aufzuzeigen.Das beantragte Projekt soll bei Prof. Dr. D. A. Weitz an der Harvard Universität in Cambridge (USA) durchgeführt werden. Seine Kompetenz im Bereich der Physik der weichen Materie und weitreichende Erfahrung in der Erforschung von Zell-Biophysik mit Hilfe der Mikrofluidik sowie die große Auswahl experimenteller Methoden, die optimal auf die vorgeschlagenen Experimente zugeschnitten sind, bieten gute Voraussetzungen für die Durchführung des Projekts.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: USA
• Host: Professor Dr. David A. Weitz