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IMEC

Zellensortierer ermöglicht Krebsfrüherkennung

25. November 2013, 15:52 Uhr | Frank Riemenschneider

Für die Überlebenschancen von Krebspatienten ist die Früherkennung das A und O. Die Forschungseinrichtung IMEC im belgischen Leuven hat ihren Zellsortierer entwickelt, der im Vergleich zu herkömmlichen Laborverfahren deutlich genauer arbeitet und zudem direkt am Bett des Patienten eingesetzt werden kann.

Das IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) ist eines der größten Forschungszentren für Nano- und Mikroelektronik in Europa. Es befindet sich in Leuven, Belgien. Neben dem Hauptsitz betreibt das Imec Büros in den Niederlanden, Taiwan, den USA, China und Japan.

Die unbestreitbare Stärke des IMEC liegt in seinem interdisziplinären Ansatz, bei welchem Forscher und Entwickler aus den unterschiedlichsten Fachrichtungen an Problemlösungen aus den Bereichen Technologie für zukünftige Mikrochips und Systeme, Energieversorgung, Elektronik für Medizin und Lebenswissenschaften, drahtlose Kommunikationssysteme, Bildsensorik und Sensoren für industrielle Anwendungen zusammenarbeiten.

Neuestes Ergebnis aus dem Medizinbereich ist ein innovativer Zellsortierer, mit dem sich einzelne Krebszellen im Blutnachweisen lassen - ein komplexes Vorhaben, wenn man bedenkt, dass pro ml Blut 1 bis 10 Krebszellen in Millionen von Leukozyten (und noch mehr roten Blutkörperchen) nachgewiesen werden müssen.

Der Zellsortierer enthält auf Wafer-Ebene mehr als 1.000 mittels Lithografie eingebrachte Durchflusskanäle, durch welche pro Sekunde ca. 20 Mio. Blutzellen fließen (Bild 1). Diese werden mit Hilfe eines CMOS-Bildsensors und linsenfreiem On-Chip-Mikroskop, die im Geschwindigkeitsbereich von GB/s arbeiten, erfasst.

Im nächsten Schritt wird über wellenoptische Modellierung ein 3D-Modell der Zellen gebaut, das dann mit einem vom IMEC entwickelten Algorithmus die Zellenklassifizierung vornimmt (Bild 2). Um die Bildverarbeitung in Echtzeit realisieren zu können, hat das IMEC ein ASIC entwickelt.

Für die Technologien, die im Zellensortierer zum Einsatz kommen, gibt es auch noch weitere Einsatzmöglichkeiten. So können Biosensor-Chips und On-Chip-Mikroskop in einem Modul z.B. auch Proteine, Biomarker, Nukleinsäuren und metabolische Informationen detektieren und Informationen über Subpopulationen erhalten. Somit kann man z.B. zu Hause einen einfachen Bluttest durchführen. Durch die Integration eines HF-Moduls können die Daten dann auch gleich an ein Smartphone oder die Cloud verschickt werden, wo sie mittels App bzw. Server verarbeitet werden. Die Ergebnisse erhält der Patient innerhalb kürzester Zeit, bei Auffälligkeiten kann er sie dann auch gleich an seinen Arzt weiterschicken.

Ein weiterer Einsatzbereich sind Einweg-Bioreakoren, mit deren Hilfe sich die Wirkung von Medikamenten und deren Nebenwirkungen zu einem sehr frühen Zeitpunkt vorhersagen lässt - viel früher als bei den heute üblichen klinischen Studien. Darüber hinaus lassen sich die Bioreaktoren auch zur Gewinnung von Stammzellen für therapeutische Zwecke nutzen.