Raman-basiertes Zell- und Metabolitmonitoring zur Identifikation wirkstoffresistenter Zellen in 3D-Kulturen unter Chemotherapie
(3DTheraRam WF)
 

Das gegenwärtig in Bearbeitung befindliche Forschungsprojekt „3DTheraRam“ zielt darauf ab, mit Hilfe der Raman-Spektroskopie die Aussagekraft biologischer Modelle zu verbessern und dadurch neue Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Onkologie zu generieren. Der Grund für die immer noch hohe Mortalität infolge von Tumorerkrankungen ist primär die Resistenz von Tumoren gegen konventionelle Therapien. Die Entwicklung neuer Therapien auf der Basis bisher nicht zugänglicher Informationen zu den Ursachen von Resistenzen soll helfen, diese gesellschaftliche Herausforderung erfolgreich zu meistern.

Eine Methode zur Gewinnung solcher Informationen ist die Raman-Spektroskopie, insbesondere auch in Verbindung mit der schnellen 3D-Lichtblattmikroskopie und/oder der Elektroimpedanzspektroskopie. Als nichtinvasive Methode ermöglicht die Raman-Spektroskopie die Analyse und Charakterisierung der Verteilung zellulärer Komponenten oder der Dynamik subzellulärer Reaktionen mit hervorragender räumlicher Auflösung. Dabei kann auf die Verwendung von Antikörpern, Fluoreszenzfarbstoffen, biochemischen Markern oder Beads vollständig verzichtet werden. Nach der Bestrahlung von Zellen und deren molekularen Bestandteilen mit Laserlicht emittieren diese einen Bruchteil des eingestrahlten Lichtes mit einer Frequenzverschiebung in den roten Spektralbereich. Die Raman-Spektren aller intrazellulären Bestandteile wie auch Metabolite einer Zelle zeigen je nach Zelltyp, Aktivitäts- oder Differenzierungszustand spezifische Merkmale. Anhand derer kann mit Hilfe entsprechender Software ein charakteristischer Fingerabdruck einer morphologischen oder zeitabhängigen Zellveränderung ohne aufwändige Probenpräparationen bestimmt werden.

Grundlage für die Forschungsarbeiten im Rahmen des Projektes sind Zellkulturmodelle, die zum einen auf etablierten, Well-basierten Methoden (Liquid Overlay, Modified Hanging Droplet) beruhen und zum anderen speziell und neu für die tropfenbasierte Hochdurchsatz- und Zellkultivierungsplattform „pipe based bioreactors“ entwickelt wurden. Als Ergebnis des Projektes werden je eine technische Plattform für die Erfassung von Raman-Spektren auf der Basis Well-basierter Methoden und auf der Basis der „pipe based bioreactors“-Plattform zur Verfügung stehen. 

Das diesen Ergebnissen zugrundeliegende Vorhaben wurde vom Freistaat Thüringen unter der Nummer 2019 FGI 0040 gefördert und durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE-FOR) kofinanziert.