LIFTOSCOPE: Laserlicht und KI revolutionieren die Zellisolierung und -analyse
Die Bedeutung von automatisierter Hochdurchsatz-Sortierung lebender Zellen mithilfe von Laserlicht und KI nimmt stetig zu. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT haben ein innovatives Verfahren namens LIFTOSCOPE entwickelt, das auf künstlicher Intelligenz basiert und Laboren dabei unterstützt, spezifische Zelltypen automatisch zu isolieren.
Mit dem LIFTOSCOPE können Labore innerhalb von Sekunden dutzende lebender Zellen finden, erkennen, ihre Größe und Schwerpunkte messen und analysieren. Anschließend können die Zellen mithilfe von Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) in Mikrotiterplatten übertragen werden. Das Verfahren wird erstmals auf der analytica 2024 in München der Öffentlichkeit vorgestellt.
Pluripotente Stammzellen sind von großer Bedeutung für die personalisierte Medizin. Durch die Isolierung von Zellen aus Blut- und Gewebeproben können verschiedene Zelltypen kultiviert werden. Diese Zellkulturen sind ein wertvolles Instrument für die Entwicklung hochspezifischer personalisierter Therapien.
Die Pharmaindustrie ist ebenfalls auf der Suche nach Methoden, um bestimmte Zelltypen zu isolieren und zu analysieren. Das LIFTOSCOPE ermöglicht eine präzise Steuerung und Übertragung der Zellen in einem optisch überwachten Laser-Prozess. Die künstliche Intelligenz erkennt die gesuchten Zelltypen auf den Bildern und erfasst präzise ihre Position und Schwerpunkte.
Der LIFT-Prozess erfolgt durch einen kurzen Laserpuls, der eine Dampfblase unter der Zelle bildet und diese in das Kulturgefäß der Mikrotiterplatte spült. Das Verfahren ist stabil, auch ohne Zugabe von Zusatzstoffen.
Das LIFTOSCOPE kombiniert ein herkömmliches Mikroskop mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und einer Blitzlichtquelle zu einem KI-gestützten Hochdurchsatzprozess. Es können pro Sekunde hundert Bilder in hoher Auflösung aufgenommen werden.
Das Fraunhofer-Institut strebt an, die Gesamtprozesszeit für eine vollständige Mikrotiterplatte auf zehn Minuten zu reduzieren. Der Transfer einer einzelnen Zelle dauert derzeit weniger als 200 Mikrosekunden. Das LIFTOSCOPE ermöglicht die Übertragung von 10.000 Zellen auf Mikrotiterplatten innerhalb von nur 100 Sekunden.
Das Team des Fraunhofer-Instituts hat zwei Ansätze zur Bewegung der Zellkultur entwickelt. Der Stop-and-Go-Betrieb ermöglicht das Sortieren von Proben mit einer Vielzahl von Zellen, führt aber zu einer Verringerung der Effizienz. Der kontinuierliche Prozess des LIFTOSCOPE überträgt jede Zelle, die in den Fokus gerät, in einer ununterbrochenen Bewegung und ist bei größeren Zellzahlen deutlich schneller.
Das LIFTOSCOPE ermöglicht eine vollautomatisierte und äußerst effiziente Isolierung lebender Zellen. Das Verfahren ist bereits marktfähig und kann auf der analytica 2024 in München am Stand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle A3/407 besichtigt werden.
Die Zukunft der Zellisolierung und -analyse sieht vielversprechend aus. Dank der Kombination aus Laserlicht und künstlicher Intelligenz können Labore nun schnell und präzise spezifische Zelltypen isolieren und analysieren. Dies ist ein großer Fortschritt für die personalisierte Medizin, die Entwicklung von Wirkstoffen und die klinische Forschung.
Schlagwörter: ILT + Nadine Nottrodt + IPT
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