Mikrogewebe unterm Mikroskop – Probenmanipulation mit Ultraschall
Ärzte untersuchen Patientenzellen unter dem Mikroskop, um die Diagnose zu unterstützen. Die Vorbereitung von Objektträgern ist jedoch bei winzigen und seltenen Proben eine Herausforderung. Um Verluste zu vermeiden, haben CSEM und ETH Zürich eine Methode entwickelt, die die Nutzung der Proben maximiert. Zusammen mit der ZHAW wurde die Methode weiter verfeinert und an Krebsgewebe getestet.
Die Betrachtung von Zellen unter dem Mikroskop gibt den Ärzten Aufschluss über deren Funktion oder auch Funktionsstörung. Daher ist die Mikroskopie für die Ärzte das wichtigste Instrument zur Unterstützung einer medizinischen Diagnose basierend auf Gewebeproben des Patienten. Der Weg von einer Gewebeprobe zu einem fertigen Objektträger umfasst jedoch mehrere Schritte. Wenn das Probenmaterial knapp ist, wie bei patienteneigenen Zellen, muss jeder Verarbeitungsschritt optimiert werden, um Probenverluste zu vermeiden.
Eine besondere Herausforderung ist die Lokalisierung der Probe unter dem Mikroskop. Die Probe ist typischerweise in einem Mikrotom-Block eingebettet. Dabei handelt es sich um einen Paraffinblock, der in dünne Scheiben zerschnitten und auf Objektträger transferiert wird (siehe Fig. 1). Bei einer zufälligen Verteilung der Probe im Block müssen viele Scheiben geschnitten und analysiert werden, um genügend von der Probe zu sehen.
Dhananjay Deshmukh ist ein Gewebeingenieur. Er war mit zahlreichen Forschern und Industrieexperten im Gespräch, die ein benutzerfreundliches und effizientes Verfahren suchen, um Proben in einer einzelnen Ebene im Mikrotom-Block anzureichern. Deshmukh erklärt: "Beim Schneiden eines so vorbereiteten Mikrotom-Blocks in der bezeichneten Ebene erhalten wir ein Maximum an Probe auf dem Objektträger für die Analyse."
Ein multidisziplinäres Forschungsteam des CSEM und der ETH Zürich hat eine Gussform entwickelt, die mittels Ultraschall die Probe in einer einzigen Ebene konzentriert (siehe Fig. 2). Die Mikrogewebe werden mit einem Hydrogel vermischt und in den Probenkanal gegossen. Die Schallwellen schieben dann das Mikrogewebe in die vordefinierte Ebene. Sobald die Mikrogewebe in Position sind, wird das Hydrogel zu einem festen Block geliert, der ein Vorläufer des Mikrotom-Blocks ist.
Deshmukh erinnert sich an die Herausforderungen, die der erste Prototyp der Ultraschall-Gussform mit sich brachte: Es bildeten sich Luftbläschen im Hydrogel, die Mikrogewebe blieben an den Wänden kleben, die optimalen Temperaturen für das Einfüllen, Gelieren und Transportieren des Hydrogelblocks mussten gefunden werden. Forschende des CSEM Life Sciences, die Experten für Laborgeräte sind, halfen beim Mechanismus zum Einfüllen der Proben. Aus der Zusammenarbeit resultierte das erste erfolgreiche Musterbeispiel der Ultraschall-Gussform. Ein gemeinsames Patent wurde angemeldet, welches lizenziert werden kann.
Mark Tibbitt, Leiter des Labors für Macromolecular Engineering an der ETH Zürich, sieht einen wachsenden Bedarf bei Werkzeugen für die Handhabung von Mikrogewebe: "Sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft geht der Trend dahin, Tierversuche durch Mikrogewebeproben zu ersetzen, das heisst, durch im Labor synthetisch erzeugte Miniorgane. Ein Engpass bei der Umsetzung ist die Steigerung der Effizienz der Analyse, die unsere Methode ermöglicht. In Zusammenarbeit mit der ZHAW haben wir dies kürzlich mit Osteosarkom-Mikrogewebe erwiesen." Gilles Weder, Leiter Forschung und BD Life Sciences am CSEM Biowissenschaften, bestätigt: „Nach den jüngsten Ankündigungen der FDA zu Alternativen für Tierversuchen gewinnt die Organoid-Technologie weiter an Aufmerksamkeit. Dabei bleibt die Mikrohistologie der Massstab für die Gewebeuntersuchung.“
Erfindung: ETH Zurich: Dhananjay Deshmukh, Mark Tibbitt, Jürg Dual und
CSEM: Emilie Vuile-dit-Bille, Gilles Weder, Sarah Heub
Prof. Mark Tibbitt, Macromolecular Engineering Laboratory
Publikation: D. Deshmukh et al., "externe Seite Acoustofluidic patterning for improved microtissue histology", Preprint (2025)
Patentanmeldung: externe Seite PCT/EP2024/060082
Sind Sie interessiert an weiteren spannenden "News for Industry" Storys?
Abonnieren Sie unseren Newsletter
externe Seite Folgen Sie uns auf LinkedIn
Suchen Sie Forschungspartner an der ETH Zürich?
Kontaktieren Sie ETH Industry Relations