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Select Cells

SELECTCELLS


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NRW Patentvalidierung – Verfahren zur selektiven Trennung und Reinigung von Zellen (SelectCells), EFRE-0400308, Projektdauer: 2020-2021


Ziele:


Im Patentvalidierungsprojekt SelectCells wird die Nutzung einer neuartigen Zellaufreinigungs-methode entwickelt und für verschiedenen Anwendungen prototypisch untersucht.

Stammzellen sind aufgrund ihres großen Anwendungspotentials von hoher biomedizinischer und therapeutischer Bedeutung. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) erfordern einerseits während der Kultivierung und Differenzierung zu Gewebezellen die gezielte Aufreinigung von unerwünschten spontan differenzierten Zellen. Zudem muss andererseits vor dem therapeutischen Einsatz der erzeugten (differenzierten) Gewebezellen die Trennung von verbliebenen Stammzellen erfolgen, um maligne Wucherungen im Patienten zu verhindern.

Ein weiteres Anwendungsfeld im Fokus des Projekts ist die Trennung und damit verbundene Diagnose von Tumorzellen aus Biopsien. Das Ausmaß bösartiger Veränderungen, welches meist mit einem definierten Differenzierungsstatus der Tumorzellen einhergeht, und besondere genetische Merkmale der Krebszellen stehen daher im Mittelpunkt der klinischen Tumordiagnostik und den daraus abgeleiteten Behandlungen.

In dem beantragten Projekt im Rahmen der NRW-Patent-Validierung soll die bereits zum Patent angemeldete neuartige, nicht-invasive Zellauswahlplattform-Technologie SelectCells zur selektiven Zelltrennung in Abhängigkeit des Differenzierungsstatus der Zellen, mittels eines Proof-of-Concept zu einem Labor-Prototypen/Demonstrator entwickelt werden. Dieser Demonstrator ermöglicht eine anwendungsorientierte Validierung und damit eine vergleichende Bewertung der Anwendung im Vergleich zu etablierten Standardverfahren.


Bedeutung

Beide Anwendungsgebiete stellen Märkte mit einem enormen Volumen mit vielversprechenden Wachstumsraten dar. Allein für iPS Zellen soll der Weltmarkt von 2,1 Milliarden Dollar im Jahr 2016 auf 3,6 Milliarden Dollar im Jahr 2021 wachsen.


Umsetzung

Mit einem neuen Oberflächen-basierten Ansatz, der auf maßgeschneiderten Polymerbeschichtungen beruht, lassen sich anhaftende, undifferenzierte Zellen durch die Anwendung eines externen Reizes selektiv und sehr schonend von der Oberfläche ablösen(Abb. 1). Dieser Prozess bildet die Grundlage für eine neue Zelltrennung mit höchster Selektivität (Abb. 2 & 3), die die Kultivierung von Stammzellen vereinfachen und verbessern wird. Gleichzeitig bietet dieser Prozess auch ein schnelles und einfaches Mittel zur Zelltrennung und -reinigung und somit einen neuartigen Ansatz zur beschleunigten Analyse von Biopsie-Proben durch eine schnelle Sortierung von Krebszellen aus gesunden Zellen, bzw. Isolation von Zellen aus unterschiedlichen Tumordifferenzierungsstadien. Schließlich kann die Herstellung von Gewebemodellen von einer solchen schonenden Aufreinigung primärer Zellen profitieren.


Abb. 1. Prinzip. Eine spezielle thermisch-responsive Polymerschicht (SelectCells Schicht) erlaubt das Ablösen bestimmter adhärierender Zelltypen, wenn das Zellmedium von 37°C auf unter 32°C abgekühlt und die Probe zusätzlich gespült wird. Schema: Dr. Siyu Jiang.


Abb. 2. Vergleich der SelectCells Beschichtung und Zellkulturpolystyrol (TCPS, tissue culture polystyrene). Auf der SelectCells Beschichtung werden im Gegensatz zu TCPS fast alle PaTu 8988t Zellen abgespült. Daten: Dr. Siyu Jiang.


Abb. 3. Trennung von iPS Zellen und Verunreinigung bestehend aus Fibroblasten, die auf der SelectCells Oberfläche zurückbleiben.


Weiterführende Literatur

Siyu Jiang, Mareike Müller and Holger Schönherr, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2019, 58, 10563-10566. “Propagation and Purification of Human Induced Pluripotent Stem Cells with Selective Homopolymer Release Surfaces”

Siyu Jiang, Mareike Müller and Holger Schönherr, ACS Applied Biomaterials 2019, 2, 2557-2566. “Towards Label-Free Selective Cell Separation of Different Eukaryotic Cell Lines Using Thermoresponsive Homopolymer Layers”

Siyu Jiang, Beier Lyu, Mareike Müller, Daniel Wesner and Holger Schönherr, Langmuir 2018, 34, 14670–14677. “Thickness-encoded micropatterns in one component thermoresponsive polymer brushes for culture and triggered release of pancreatic tumor cell monolayers and spheroids”

Yvonne Voss, Ekram Wassel, Siyu Jiang, Qimeng Song, Sergey I. Druzhinin, and Holger Schönherr Macromol. Biosci. 2017, 17, 1600337.“Thin Poly(di(ethylene glycol)methyl ether methacrylate) Homopolymer Brushes Allow Controlled Adsorption and Desorption of PaTu 8988t Cells”

Ekram Wassel, Siyu Jiang, Qimeng Song, Stephan Vogt, Gilbert Nöll, Sergey I. Druzhinin and Holger Schönherr, Langmuir 2016, 32, 9360–9370.“Thickness Dependence of Bovine Serum Albumin Adsorption on Thin Thermoresponsive Poly(diethylene glycol) Methyl ether Methacrylate Brushes by Surface Plasmon Resonance Measurements