Entwickeln einer Zellkultur-Kammer 3D-Bioreaktoren

Entwickeln einer Zellkultur-Kammer 3D-Bioreaktoren

Daniel Fäh

Problemstellung
Die Zellkulturtechnik spielt eine immer wichtigere Rolle bei der Erforschung von neuen Arzneimitteln oder Diagnoseverfahren. Wo eine möglichst natürliche Imitation der Zellumgebung verlangt wird, stossen die standardmässigen 2D-Zellkulturen aber an ihre Grenzen. Mit spezifischen 3D-Zellkultur-techniken kann heute die komplexe Zellumgebung besser simuliert werden und erlaubt so die Herstellung von 3D-Zellaggregaten, welche der realen Situation näherkommen.
Es soll eine Zellkulturkammer entwickelt werden, welche die Kultivierung von 3D-Zellaggregaten über mehrere Wochen ermöglicht. Dabei soll das Kulturmedium kontinuierlich ausgetauscht werden können. Weiter soll es möglich sein, die Zellen bei Bedarf mit Paraformaldehyd oder RNAlater chemisch zu fixieren. Das Beobachten der Zellen in der Kulturkammer soll mit einem Labor üblichen Lichtmikroskop möglich sein.

Lösungskonzept
Die Bearbeitung des Projekts startet mit einer detaillierten Klärung der Aufgabenstellung, wobei die Anforderungen an das Projekt ermittelt und spezifiziert werden. Nach gründlicher Recherche und Einarbeitung in die Kernthematik des Projekts folgt die Entwicklung eines möglichen Lösungskonzepts. Dabei wird die Lösungsfindung mittels kreativer Methoden, Vergleichen mit ähnlichen Produkten sowie der Adaption und / oder Vereinigung von bestehenden Lösungsansätzen durchgeführt. Nach der Evaluation einer geeigneten Lösung wird ein Versuchsaufbau zur Beurteilung des gewählten Lösungsansatzes aufgebaut und ein repräsentativer Versuch durchgeführt. Abschliessend werden die Projektergebnisse ausführlich diskutiert und in einer Schlussfolgerung festgehalten.

Ergebnisse
Es werden zwei mögliche Lösungsvarianten aufgezeigt, welche eine Suspensions-Zellkultur über längere Zeit aufrechterhalten können. Der schonende und zellverlustfreie Austausch der benötigten Nährstoffe steht für beide Varianten im Vordergrund. Bei der ersten Variante A, erfolgt die Trennung der Zellkultur vom flüssigen Nährmedium mit Hilfe einer mikroporösen Membran wo hingegen bei der zweiten Variante B, die Zellkultur in einer aus Agarose-Gel hergestellten Zellkammer vom Nährmedium ferngehalten wird. Bei beiden Lösungsvarianten erfolgt die Nährstoffversorgung der Zellkultur mit Hilfe der Diffusion. Ein Testlauf unter reellen Laborbedingungen diente der Beurteilung der gefunden Lösungsvarianten, wobei die erste Variante A (Membran-Lösung) etwas besser abgeschnitten hat. Eine abschliessende Verifikation hat ergeben, dass beide Varianten noch nicht alle Spezifikationen erfüllen können und eine weitere Iteration im Entwicklungsprozess nötig ist.

Preisträger: Swiss Engineering STV

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