Bild-basierte Zellsortierung

Die bild-basierte Sortierung kleiner, wertvoller Zellproben überwindet die bisherigen Grenzen klassischer Sortierverfahren und ermöglicht es Wissenschaftlern, auf einem völlig neuen Qualitätsniveau zu arbeiten.

Technologische Herausforderung

Die Separation heterogener Zellpopulationen ist ein Schlüsselprozess in der modernen Biomedizin. Herkömmliche Sortierverfahren, die auf eindimensionalen ("low-content") Sortierkriterien wie der integralen Fluoreszenzintensität oder dem Streulicht der gesamten Zelle basieren, sind jedoch nicht in der Lage, ortsaufgelöste ("high-content") Merkmale wie die subzelluläre Verteilung von Proteinen, die Anzahl und Lokalisierung von Zellorganellen oder deren Bindung an andere Zellen zu erkennen und als Trennungskriterien zu nutzen. Um ortsaufgelöste Parameter für die Zellsortierung zu nutzen, müssen bildgebende Verfahren mit einer hochpräzisen Sortierfunktion kombiniert werden. Erst dann können hochauflösende mikroskopische Bilddaten zusammen mit KI-gestützter Bildanalyse zur Klassifizierung und Trennung von Zellen auf der Basis morphologischer Informationen verwendet werden.

Unser Ansatz

Im Fraunhofer-Projekt IMAGO arbeiten WissenschaftlerInnen aus drei verschiedenen Fraunhofer-Instituten (Fraunhofer IIS, IOF und IZI-BB) gemeinsam mit Forschenden der Charité Berlin an einem mikrofluidischen Verfahren, bei dem die mikroskopische Bildinformation jeder einzelnen, durch einen Mikrokanal fließenden Zelle automatisch erfasst und ausgewertet wird. Entsprechend der zuvor vom Anwender ausgewählten Beispiele von Zielzellen generiert das System eine Sortierentscheidung und trennt die Zielzellen mittels elektrokinetischer Kräfte präzise von den übrigen Zellen. Unser Mikroskop-basierter Ansatz bietet dabei eine hohe Flexibilität bei der Wahl der Bildgebungstechnik. Durchlicht-, Phasenkontrast- oder (Mehrfarben-)Fluoreszenzbildgebung mit einer Vielzahl von Anregungs- und Emissionswellenlängen können mit unserem Ansatz leicht kombiniert werden, ebenso wie weniger verbreitete Bildgebungstechniken wie Polarisationsmikroskopie, quantitative Phasenbildgebung und vieles mehr. Die bild-basierte Sortierung von Zellen in Kombination mit einer verlustarmen Verarbeitung auch kleiner Zellzahlen überwindet bisherige Grenzen klassischer Sortierverfahren und eröffnet neue Wege in der biomedizinischen Forschung. Neue Anwendungen in den Bereichen Immuntherapie und Stammzellbiologie werden ebenso ermöglicht wie die Analyse von Organoiden oder kleinen Gewebebiopsien und vieles mehr.

Eckpunkte des Verfahrens

• 2-Wege-Sortierung
• Hochauflösende, qualitativ hochwertige Bilddaten 
  • 3-4 Farben + Hellfeld
• KI-unterstützte Zellklassifizierung
  • "Train by example" unter Verwendung von Zellbildern anstelle von Zellattributen im klassischen "Gating"
• Verlustfreie Verarbeitung geringer Zellzahlen (10⁴ - 10⁶ Zellen)
  • Hohe Ausbeute, hohe Reinheit
• Breites Spektrum an Zellgrößen
  • 3...100 µm im Durchmesser
• hohe Biokompatibilität 
  • Niedriger Druck (<4 psi), geringer Scherstress, physiologische Medien, aerosolfreie Zellablage
• Einzelzelldeposition (in Entwicklung)
  • Zellablage in Röhrchen oder Platten (oder jedem anderen Gefäß)