Bioanalytik – Es gibt zahlreiche Methoden zur Analyse verschiedener Testsyteme. Egal, ob es sich um die Quantifizierung einzelner Moleküle, die Messung der Genaktivität, die Lokalisierung eines Proteins, die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Materialien oder die Abbildung ganzer Gewebe handelt, die Entwicklung neuer Messmethoden ermöglicht die Entdeckung neuer Parameter für die Validierung, Beobachtung und Analyse von Testsystemen bei gleichzeitiger Verringerung der für die Analyse erforderlichen Menge an Ausgangsmaterial. Beide Aspekte tragen dazu bei, dass weniger Tierversuche durchgeführt werden müssen. In-vitro-Modelle können besser untersucht werden und notwendige Tierversuche können effektiver ausgewertet werden. Dadurch kann die Anzahl der Tierversuche reduziert werden.

Eine wichtige Unterscheidung bei Messmethoden ist die Klassifizierung zwischen invasiven und nicht-invasiven Anwendungen. Letztere ermöglichen kontinuierliche Messungen am Modell, ohne es während der Datenerfassung zu zerstören oder zu verändern. In den letzten Jahren haben sich unterschiedliche nicht-invasive Messmethoden für In-vitro-Testsysteme etabliert. Dazu zählen die Impedanzspektroskopie zur Messung des Trans epithelialen elektrischen Widerstands (TEER), Transportstudien zur Untersuchung der Barriere Integrität sowie des molekularen Transports von epithelialen Testsystemen, Multi-Elektroden-Array (MEA) zur Ableitung elektrischer Signale und die Analyse von zellulären Metaboliten. Als nicht-invasive bildgebende Verfahren stehen die Zellkulturmikroskopie für 2D- und 3D-Kulturen, die konfokale Live-Cell-Bildgebung, die optische Kohärenztomographie (OCT) sowie verschiedene optische Verfahren für in vivo Systeme (Lumineszenz, Fluoreszenz, Röntgen) zur Verfügung.

Kontinuierliche Messmethoden werden durch verschiedene Endpunktanalysen ergänzt, welche mit der Zerstörung oder starken Veränderung des Modells einhergehen, um die Messergebnisse zu verfeinern. Neben herkömmlichen Methoden wie RT-qPCR zur Genexpressionsanalyse, histologischer Färbung, Durchlicht-, Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie, Western-Blot-Verfahren zur Proteinquantifizierung und Plattenrheometrie zur Messung mechanischer Eigenschaften kommen auch neue Methoden wie Einzelzell-RNA-Sequenzierung, Massenspektrometrie basierte Proteomik sowie neue bildgebende Verfahren (Light-Sheet-Mikroskopie, STED, STORM) zur messenden Endpunktanalyse zum Einsatz. Neben der Methodenentwicklung führt die Kombination verschiedener Methoden zu neuen Ansatzmöglichkeiten. Eine räumlich und histologisch aufgelöste Analyse in Dimensionen nahe der Einzelzellebene gelingt beispielsweise durch die Kombination von visuellen Bildgebungsverfahren mit modernen RNA-Sequenzierungsmethoden, der sogenannten Spatial Transcriptomics.

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Bild eine Mikroelektrode, mit deren Hilfe elektrisch aktive Zellen, wie beispielsweise Nervenzellen, stimuliert oder deren Aktionspotenziale aufgezeichnet werden können. Das rechte Bild zeigt die zeitlich aufgelöste elektrische Aktivität eines Neurons.