Gewebeproben im Labor aufzubereiten, erfordert Zeit und Fingerspitzengefühl. Fraunhofer-Forscher der Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB in Mannheim haben deshalb ein Gerät entwickelt, das auf Knopfdruck Gewebe in einzelne, intakte Zellen aufspaltet: den Tissue Grinder.
Es funktioniert ähnlich wie eine Kräutermühle. Kreisförmig angeordnete Zahnkränze drehen sich in definiertem Abstand gegeneinander und zerkleinern das Gewebe – aber so schonend, dass die einzelnen Zellen keinen Schaden nehmen.
Das System ist steril und kommt nach dem Zerkleinern komplett in eine Zentrifuge, wo die Einzelzellsuspension abgetrennt wird und in eine zweite Kammer des Probengefäßes gelangt. Dadurch werden die Zellen innerhalb von 3 bis 5 min aus der Lösung herausgefiltert, ohne dass jemand Hand anlegen muss.
Laborautomatisierung als Grundstein für schnellere Analytik
Damit legt der Tissue Grinder, den PAMB-Wissenschaftler um Dr. Christian Reis entwickelt haben, den Grundstein für die beschleunigte Analytik der Zukunft. Denn bisher vergehen Tage oder gar Wochen, ehe ein Patient weiß, ob sein Tumor bösartig ist und welche Therapie hilft. Künftig könnte der neue Apparat Teil eines Analyse-Systems sein, das direkt neben dem OP-Tisch steht und dem Arzt innerhalb kürzester Zeit die gewünschten Ergebnisse liefert. Die Therapie könnte umgehend beginnen.
Wie mühselig und zeitraubend es bisher ist, einzelne Zellen aus Gewebeproben herauszulösen, weiß Reis aus Erfahrung. Der promovierte Biotechnologe, der in der PAMB die Gruppe Labormechatronik und -prozesstechnik geleitet hat, war während des Studiums an einem großen Forschungsprojekt beteiligt. Immer wieder musste er Hautproben zerschneiden, um daraus einzelne Zellen zu extrahieren.
Laborautomatisierung schützt vor Zufällen bei der Probeaufbereitung
Aber nicht nur der Zeitverlust von bis zu zwei Tagen störte Reis. Noch mehr ärgerte er sich über die Fehleranfälligkeit: „Es lagern sich sehr leicht Pilze oder Bakterien auf der Gewebeprobe ab“, sagt er. „Damit ist sie unbrauchbar.“ Hinzu kommt, dass die beim Zerkleinern ebenfalls eingesetzten Enzyme nicht nur Eiweiße zerschneiden, die Zellen in der Gewebeprobe zusammenhalten, sondern auch die Oberflächenmarker angreifen. Diese aber brauchen Diagnostiker bei nachfolgenden Untersuchungen. Und noch etwas wurmte den Wissenschaftler: „Es ist dem Zufall überlassen, ob das Untersuchungsergebnis reproduzierbar ist“, sagt Reis. „Jeder Laborant geht etwas anders vor bei der mechanischen Zerkleinerung der Gewebeproben.“
Reproduzierbare Ergebnisse und protokollierte Schritte
Daher wollte Reis das Verfahren automatisieren und standardisieren. Mit dem Tissue Grinder ist er diesem Ziel sehr nah. Denn das Gerät schneidet und reibt immer gleich oft und wendet stets die gleiche Kraft an. Die Einzelzellsuspensionen, die der Tissue Grinder aus Gewebeproben erzeugt, sind also miteinander vergleichbar. Und sollte das Mahlwerk doch einmal fehlerhaft arbeiten, ist nachvollziehbar, was vorgefallen ist, denn eine Software protokolliert jeden Arbeitsschritt. Auch Unwägbarkeiten der Enzymbehandlung gehören bald der Vergangenheit an: Der Tissue Grinder zerkleinert mechanisch.
Erste Partnerunternehmen nutzen das Gerät bereits zu Testzwecken. Parallel dazu planen die Forscher den Einsatz künstlicher Intelligenz: „Bisher arbeitet der Tissue Grinder ein vorgegebenes Protokoll ab, das je nach Gewebeart unterschiedliche Arbeitsschritte vorgibt“, sagt Reis. „Künftig soll das Gerät selbst erkennen, womit es zu tun hat und autonom entscheiden, wie es bei der Zerkleinerung am besten vorgeht.“ ■
https://pamb.ipa.fraunhofer.de/
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