Für BIOSENSOREN 04.12.2014, 10:49 Uhr

Proteine mit dem Drucker günstig und schnell herstellen

Körperzellen brauchen eine heimelige Umgebung, wenn sie wachsen oder auch nur am Leben bleiben sollen. Bei ihrer Züchtung haben sich proteinbeschichtete Kulturschalen bewährt. Doch dies ist sehr aufwändig. Künftig erledigt ein spezieller Drucker die Aufgabe.

Es ist effizient, Proteine außerhalb lebender Zellen zu produzieren. 

Es ist effizient, Proteine außerhalb lebender Zellen zu produzieren. 

Foto: Fraunhofer IBMT

Menschliche, tierische und pflanzliche Zellen lassen sich in so genannten Petrischalen züchten. Eine Nährlösung sorgt für ihr Wachstum. Was auf einer blanken Oberfläche allerdings nicht so gut gelingt. Zellen brauchen eine Umgebung, in der sie sich gewissermaßen heimisch fühlen. Proteine, die beispielsweise im menschlichen Körper unzählige Vorgänge steuern, etwa die Gerinnung des Blutes bei Verletzungen oder den Transport von Sauerstoff, sorgen für das Wohlbefinden der Zellen.

Vorbild Offset-Druck

Die Ausstattung der Zuchtbehälter mit Proteinen ist zeitaufwändig und teuer, bisher jedenfalls. Künftig geht es schneller. Forscher am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) in St. Ingbert haben gemeinsam mit dem Druckspezialisten Saueressig aus Vreden im westlichen Münsterland eine Maschine entwickelt, die Proteinkleckse auf eine Kunststofffolie druckt. Das funktioniert ähnlich wie beim Offset-Druck. Das gewünschte Proteinmuster wird auf eine Art Tuch übertragen und von dort auf die darüber gleitende Endlos-Kunststofffolie.

Beim Bedrucken von Papier oder anderen Werkstoffen kommt es auf schnelles Trocknen der Farben an. Das gelingt durch Zugabe von Lösungsmitteln. Proteine würden diese Art der Behandlung nicht überleben. Deshalb entwickelten die Forscher eine Protein-Tinte, deren Zusammensetzung sie nicht verraten. Sie trocknet nach dem Druckvorgang relativ schnell, enthält jedoch keine proteinfeindlichen Zusätze.

Erste Zelltypen erfolgreich kultiviert

Auf Folien, die mit der neuen Anlage beschichtet wurden, konnten die Projektpartner bereits verschiedene Zelltypen erfolgreich kultivieren. Mittlerweile steht die Demonstrator-Produktionsanlage auch für die Entwicklung kundenspezifischer Druckprozesse zur Verfügung. Die maximale Folienbreite liegt derzeit bei 30 Zentimetern. Die kleinsten druckbaren Strukturen liegen im Bereich von 10 bis 20 Mikrometern.

Im Rolle-zu-Rolle-Verfahren werden die Proteine auf großflächige Foliensubstrate gedruckt. 

Im Rolle-zu-Rolle-Verfahren werden die Proteine auf großflächige Foliensubstrate gedruckt. 

Quelle: Fraunhofer IBMT

Lebende Zellen werden in Biosensoren genutzt, die beispielsweise den Blutzuckergehalt bei Diabetes-Patienten ermitteln und Umweltgifte in Gewässern sichtbar machen. Sie können auch Tierversuche ersetzen. Zellklumpen reagieren auf Schad- und Wirkstoffe ähnlich wie ein kompletter Organismus. Die neuen Folien vereinfachen die Herstellung dieser Sensoren, vor allem dann, wenn der jüngste Plan des von Thomas Velten geleiteten Forscherteams gelingt.

Außer Proteinen sollen künftig auch elektrisch aktive Komponenten aufgedruckt werden, die Zelländerungen etwa durch Umweltgifte in Daten umwandeln. Zu den konkreten Projekten gehört ein Biosensor, der einen Blutzucker-Marker aufspürt. Dieser gibt den Durchschnittswert der Blutzuckerkonzentration der vergangenen Wochen an. Daraus schließen Ärzte auf das Diabetesrisiko des Patienten.

Von Wolfgang Kempkens
Von Wolfgang Kempkens

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