Mini-Labor: CellTrap macht einzelne Zellkontakte sichtbar

Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben das Lab-on-a-Chip-System „CellTrap“ entwickelt. Es ermöglicht, Interaktionen zwischen Immun- und Krebszellen auf Einzelzellebene zu beobachten. Die Methode soll dabei helfen, grundlegende Prozesse der Krebsimmunologie besser zu verstehen.

Etablierte Labortests erfassen vor allem Durchschnittswerte über viele Zellen hinweg. Was dabei im Einzelnen geschieht – wie welche Zelle reagiert und mit anderen interagiert – bleibt im Verborgenen. Um die Wirksamkeit von Immuntherapien besser zu verstehen, ist jedoch oft der genaue zeitliche Ablauf einer Zell-Zell-Interaktion entscheidend.

Lab-on-a-Chip: Wie CellTrap funktioniert

CellTrap besteht aus einem Mikrofluidik-Chip mit einem großen Hauptkanal, der sich immer weiter verzweigt. Am Ende der Verzweigungen befinden sich 1024 kleine Fangkammern, in die die Zellen hineingespült werden. In den Kammern werden einzelne Immun- und Krebszellen gezielt zusammengeführt, räumlich fixiert und ihre Interaktionen bis zu 14 Stunden mittels Zeitraffer-Mikroskop beobachtet. Dabei entstehen viele unterschiedliche Situationen: Krebszellen allein, Immunzellen allein oder verschiedene Verhältnisse von Immunzellen zu Krebszellen.

„Mit CellTrap können wir nicht nur messen, ob Immunzellen Krebszellen töten, sondern auch verfolgen, wann und unter welchen Bedingungen das geschieht. Das ist entscheidend, weil Immunantworten von Zelle zu Zelle stark variieren können“, erklärt Ghulam Destgeer, Professor für Control and Manipulation of Microscale Living Objects an der TUM School of Computation, Information and Technology.

Dabei habe man die Plattform bewusst einfach und kostengünstig gehalten. „Sie läuft mit einem handelsüblichen Fluoreszenzmikroskop, wie es in den meisten Laboren bereits vorhanden ist, und kommt ohne spezielle Zusatzgeräte aus“, ergänzt der Wissenschaftler.

Was einzelne Zellkontakte verraten

Erste Experimente mit einer Glioblastom-Zelllinie bestätigen: Treffen mehrere Immunzellen auf eine einzelne Krebszelle, wird diese häufiger und stärker angegriffen. Außerdem zeigt sich, dass frühe Aktivierungssignale in Immunzellen oft darauf hindeuten, dass später eine zellschädigende Wirkung eintritt. Dadurch lässt sich erstmals in derselben Zell-Zell-Interaktion beobachten, wie frühe Reaktionen mit dem späteren Ergebnis zusammenhängen.

Neben der Glioblastom-Zelllinie hat das Team CellTrap mit zwei weiteren Krebszelllinien getestet, einer chronischen myeloischen Leukämie (CML) und einem Adenokarzinom. „Je mehr wir darüber erfahren, was tatsächlich zwischen den einzelnen Zellen passiert, desto besser können wir Behandlungsstrategien vergleichen und neue entwickeln“, sagt Destgeer.

Er und sein Team haben sich vorerst auf die Interaktion von Immun- und Krebszellen konzentriert. Die neue Plattform sei aber nicht darauf beschränkt: „Nahezu jede Kombination von Zellen lässt sich mithilfe des Chips beobachten“, so Destgeer.