Eine Idee wird zur Innovation, wenn sie in die Anwendung gelangt: Herausragende Ideen werden über das Programm »Fraunhofer Attract« institutsübergreifend gefördert und marktnah in Richtung Anwendung gebracht. Dr. Juliane Spohn ist eine von derzeit 23 Attract-Forschenden innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft. Ihr Arbeitsort: Leipzig – am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI. Ihre Vision: eine Revolution im biomedizinischen Labor. Und dafür bedarf es der Interdisziplinarität aus Biologie (IZI) und Werkstoffforschung (IKTS).

Eine handtellergroße Kunststoffbox mit Klickverschluss, in die verschiedene Silikonstreifen mit Löchern eingelegt werden können – was steckt dahinter?

Wir nennen es ClicKit-Well – ein modulares System, mit dem erstmals standardisiert die Wirkung eines Materials, also u.a. von Metallen oder Keramiken, auf angrenzende Bereiche, zum Beispiel biologische Zellen, Gewebe oder Proteine, im Labor getestet werden kann.

Ein Tool also für die rekonstruktive Chirurgie?

Ja, unter anderem. Für die Regeneration nach Verletzungen oder Erkrankungen des Bewegungsapparats kommen häufig Implantate zum Einsatz. Diese müssen biokompatibel sein, um gut, das heißt ohne Infektion oder allergische Reaktion, einheilen zu können. Bei der Entwicklung werden diese Ersatzprodukte bislang in einer Zellkulturplatte geprüft, um die Gewebeverträglichkeit nachzuweisen. Doch gerade, wenn man daran denkt, wie viele neue Materialien entwickelt und modifiziert werden, dann braucht es Methoden, die es ermöglichen, schnell in der Wertschöpfungskette voranzukommen und den Weg für die Materialen in die klinische Anwendung zu vereinfachen und zu optimieren, aber auch sicherer zu machen. Unser Anliegen war es daher, die Materialforschung im Labor zu standardisieren und anwendungsfreundlicher zu gestalten. Dabei wollten wir bei den experimentellen Bedingungen ansetzen – mit dem Ziel, zellbasierte Versuche an Materialien zu vereinheitlichen, um diese einfach verlässlicher testen zu können. Denkbare Anwendungen können übrigens auch im Bereich der Lebensmitteltechnik, Ökologie oder in der Mikrobiologie und Virologie sein.

Welchen Schwachstellen gibt es denn bislang bei der Materialtestung im Labor?

Aus meiner Tätigkeit an der Universitätsmedizin kenne ich die möglichen Fehlerquellen, die bei der Arbeit mit einer Zellkulturplatte auftreten und die Testergebnisse beeinflussen können – zum Beispiel, wenn das Nährmedium bzw. die Zellen an den Randbereichen und an Stellen, die für die Untersuchung nicht relevant sind, anhaften. Sowas muss bislang bei der Auswertung der Ergebnisse berücksichtigt werden. Um dies direkt auszuschließen, entwickelten wir ClicKit-Well.

Wodurch hebt sich ClicKit-Well nun vom gängigen Zellkultur-Verfahren ab?

In einer Zellkulturplatte ist es bislang so, dass für jeden einzelnen Test – zum Beispiel an einem neuen Implantatmaterial – mindestens drei Prüfkörper verwendet werden müssen. Der kleinste Oberflächenunterschied bei diesen Prüfkörpern wirkt sich negativ auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aus. Hinzu kommen die genannten konstruktionsbedingten Fehlerquellen.

Mit ClicKit-Well lassen sich erstmals standardisiert multiple Tests auf ein und demselben Testkörper durchführen und sogar Replikate auf diesem erzeugen: Der Testkörper wird auf einer Grundplatte platziert. Verformbare Einsätze aus medizinischem Silikon erzeugen bis zu vier größendefinierte Kavitäten auf der Oberfläche dieses einen Testkörpers. Nun können entweder unterschiedliche oder viermal das gleiche Nährmedium eingefüllt werden, was die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse deutlich verbessert. Ein Sterildeckel sorgt für einen fluiddichten Abschluss des Systems per Klickmechanismus.

Die Laborfachkraft kann sich voll und ganz auf die sogenannte »surface of interest« konzentrieren – bei direkt vergleichbaren Ergebnissen. Durch dieses effiziente und verlässliche Testszenario lassen sich bis zu 75 Prozent Material und Kosten einsparen!

Abschließend: Jegliche Produkte, mit denen der Mensch in Berührung kommt, durchlaufen in der Regel ja mehrere Testphasen. Gehören Tierversuche mit Hilfe des ClicKit-Well-Systems so bald der Vergangenheit an?

Bereits das Zellkultur-Verfahren ist ein wichtiger Baustein, um die Zahl von Tierversuchen in der Forschung zu reduzieren. Mit ClicKit-Well heben wir die Materialtestung nochmal auf ein höheres Level und können eine noch gezieltere Vorauswahl für die nächste Teststufe, die In-vivo-Studien, treffen. Wechselwirkungen können aufgrund der zuverlässigeren Ergebnisse viel früher und besser beurteilt werden. Damit möchten wir Tierversuche zumindest noch drastischer reduzieren.

Weitere Informationen
Gruppe »Biologische Materialanalytik«
Für sichere und verträgliche Implantate: ClicKit-Well
Biomaterialtestung 2.0 – Standardisiert, ressourcensparend: ClicKit-Well

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