Abtrennung von zirkulierenden Tumorzellen bei hohem Durchsatz durch dielektrophoretische Filtration

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Pesch
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419882983

Die Trennung von Partikeln nach anderen Eigenschaften als Größe oder Dichte ist eine hochrelevante Aufgabe, kann aber nicht universell gelöst werden. Solche Trennaufgaben erfordern eine deterministische Kraft, die deutlich starker auf Zielpartikel wirkt, als auf alle anderen Partikel in der Partikelmischung. Als Konsequenz wird es zunehmend schwerer Partikel voneinander zu trennen, die kaum Unterschiede in ihren Eigenschaftsfunktionen aufweisen. Aufgrund der diagnostischen Relevanz in der Flüssigbiopsie ist die Trennung von zirkulierenden Tumorzellen aus Blutproben ein hochrelevantes Beispiel für eine solche Trennaufgabe. Derzeit werden verschiedene Trennverfahren zur Lösung untersucht und viele davon basieren auf Oberflächenmarkern auf den Krebszellen, was eine universelle Anwendung erschwert, da nicht alle Zellen die benötigten Oberflächenmarker zeigen. Dielektrophorese (DEP) ist eine sehr anpassungsfähige und hochselektive elektrokinetische Trenntechnik und ihre Anwendbarkeit für die Krebszellseparartion wurde bereits nachgewiesen. Da die DEP-Kraft linear mit der räumlichen Änderung des elektrischen Feldes zum Quadrat skaliert sind die meisten DEP Anwendungen in Mikrokanälen mit Mikroelektroden realisiert. Dies ist notwendig um Kräfte zu erzeugen die groß genug sind um eine Trennung zu ermöglichen.Zusammen mit unserer Arbeitsgruppe habe ich in den letzten Jahren dem Konzept der dielektrophoretischen Filtration den Weg bereitet. Bei dieser Technik werden die benötigten Feldinhomogenitäten in den Poren eines Filters erzeugt (z.B. eines Keramikschwamms). Damit können selektiv und elektrisch schaltbar bestimmte Partikel aus einer Mischung in dem Filter zurückgehalten (gefangen) werden. Dies erlaubt das Arbeiten mit sehr viel größeren Kanälen bei deutlich höheren Durchsätzen als bei klassischen DEP Anwendungen. Bis jetzt wurde dieses Verfahren größtenteils an Modellpartikeln überprüft. In diesem Projekt soll ausgelotet werden, in wie weit sich das Verfahren der DEP Filtration eignet um selektiv Krebszellen von mononuklearen Zellen des peripheren Bluts (PBMC) zu trennen. Hierbei werden Modellfilter in Mikrokanälen benutzt um geeignete Trennparameter (Durchsatz, angelegte Spannung und Feldfrequenz) zu finden um beispielhaft Leukämiezellen (RPMI-8226) und zirkulierende Tumorzellen eines Brusttumors (MCF-7) von Blut abzutrennen. Anschließend wird die Zielzellzahl bis zu klinisch relevanten Werten reduziert und die Trennung auf makroskopische Aluminiumoxidschwämme als Trennmatrix übertragen. Dieses Projekt ist ein wichtiger Schritt zur Lösung eines hochrelevanten und schwierigen Trennproblems. Gleichzeitig erlauben die hierbei generierten Ergebnisse Rückschlüsse auf die Lösbarkeit anderer (bio-)Partikeltrennprobleme durch DEP Filtration.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Pouyan Boukany