Wann wird eine heilsame Arznei zum Gift? Was wirkt gegen Krebszellen? Welche Dosis führt mit den geringsten Nebenwirkungen zum Ziel? Antworten auf diese Fragen sucht die medizinische Forschung in Testreihen mit Zellkulturen. Der Test-Automat CYRIS® FLOX erleichtert Laboren diese Arbeit jetzt enorm. Motoren von FAULHABER sorgen dabei dafür, dass den Kulturen über die Versuchsdauer Nahrung und Medikamente zugeführt und die Entwicklung der Zellen minutiös überwacht wird – ganz ohne menschlichen Eingriff.
Leben retten, Krankheiten heilen, Beschwerden lindern – das tun moderne Medikamente millionenfach, Tag für Tag. Doch längst nicht für jedes Leiden gibt es auch schon eine Arznei. Zudem hat uns Corona eindrücklich vor Augen geführt, dass ständig neue Krankheiten zu den bereits bekannten hinzukommen. Deshalb werden immer neue Medikamente benötigt und es wird ständig an ihrer Entwicklung gearbeitet. Diese Mittel sollen natürlich ebenso wirksam wie sicher sein – am besten, noch bevor man sie an Menschen testet. Diese letzte, die klinische Testphase ist zwar unerlässlich, doch kann man auch schon im Labor sehr viel über die Wirkung eines pharmazeutischen Mittels erfahren. Denn diese entfaltet sich überwiegend in den Zellen des menschlichen Körpers. So kann eine Zellkultur stellvertretend das „Ausprobieren“ der Arznei übernehmen.
„Wir können zum Beispiel herausfinden, ab welchem Grenzwert eine Substanz für die Zellen giftig wird“, erklärt Márton Nagy, Biotechnologie-Entwickler beim Münchner Unternehmen INCYTOИ ®. „Das gilt übrigens nicht nur für Arzneimittel, sondern zum Beispiel auch für potenzielle Umweltgifte. Wir bringen eine bestimmte Menge der Substanz in die Nährlösung ein, in der sich die Kultur befindet und beobachten, wie die Zellen reagieren. Dann wird die Menge schrittweise gesteigert.
Anhand bestimmter Messdaten und der optischen Überwachung mit dem Mikroskop erkennen wir, ab wann es für die Zellen kritisch wird. Dieser Wert lässt sich auf das Körpergewicht eines Menschen umrechnen. In der Praxis setzt man dann in der Regel einen Bruchteil davon als zulässigen Grenzwert für die Dosierung fest.“ In der Pharmaforschung werden viele Tests mit Krebszellen durchgeführt. Bei ihnen wird der Spieß gleichsam umgedreht: Man will herausfinden, welches Mittel in welcher Menge ihre Vermehrung hemmt oder sie ganz abtötet.
Die Beobachtung der Zellen ist ein mehrschichtiger und vor allem zeitlich ziemlich aufwendiger Vorgang. Ein einzelner Versuch dauert im Schnitt etwa drei Tage. In dieser Spanne werden zahlreiche Einzelmessungen vorgenommen, und die Zellen werden in kurzen Abständen immer wieder fotografiert. Die Bildsequenzen kann man zu einem Zeitrafferfilm zusammenfügen und darauf den Verlauf des Zellwachstums verfolgen. Für die Messungen werden drei physikalische Größen untersucht: Sauerstoffgehalt, pH-Wert und elektrischer Widerstand des Zellrasens.
Bisher erforderten solche Testreihen ziemlich viel Handarbeit. Die verschiedenen Schritte konnten nur teilweise automatisiert werden. Mit CYRIS® FLOX hat INCYTOИ ® ein vollautomatisches Gerät geschaffen, das den mehrtägigen Testdurchlauf ohne menschlichen Eingriff absolvieren und zugleich die Ergebnisse vollständig dokumentieren kann.
Das Kernstück des Testaufbaus ist eine Mikrotiter-Platte aus durchsichtigem Material, die mit 24 Vertiefungen versehen ist. Diese nehmen wie Miniatur- Petrischalen die Zellproben auf. 24 Pipetten an einem Roboterarm versorgen die kleinen Kulturen mit Nährlösung und führen die Substanzen zu, die getestet werden sollen. Dabei kann für jede Pipette eine andere Zusammensetzung der Lösung gewählt werden. Jedes Schälchen ist mit Sensoren für Sauerstoffgehalt, pH-Wert und elektrischer Widerstand ausgestattet. Durch ein Mikroskop-Objektiv werden in regelmäßigen Abständen die einzelnen Schälchen von unten fotografiert.
INCYTOИ® ist ein Start-up mit akademischen Wurzeln. Die Gründer des Unternehmens waren zuvor in der universitären Forschung tätig. Dort haben sie für erste Prototypen ihres Geräts Motoren anderer Hersteller verwendet. Diese haben sich allerdings nicht bewährt und wurden später durch Modelle von FAULHABER ersetzt. Sie überzeugten durch die Kompaktheit und Zuverlässigkeit der Komponenten. Als es um die Weiterentwicklung für die Serienproduktion ging, musste also kein Antriebslieferant mehr gesucht werden. Es wurden jedoch neue Ziele für diesen Bereich definiert: „Wir wollten mit möglichst wenig unterschiedlichen Motortypen arbeiten“, beschreibt Entwicklungschef Matthias Moll die Ausgangssituation. „Außerdem wollten wir die Verkabelung einfacher gestalten. Wir haben uns einen Antrieb gewünscht, bei dem die Elektronik bereits integriert ist. Sie war bis dahin in einem Steuerelement des Roboterarms untergebracht, wodurch viele Kabelverbindungen in einem bewegten Element nötig waren.“ Darüber hinaus sollten die Motoren in der Lage sein, Fehler z
