Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening in der Medikamentenentwicklung

© Fraunhofer IFF

Impedanzbasiertes Multiarray-Screening (IMAS)

In Deutschland sind 1,2 Millionen Menschen an Demenz erkrankt, davon leiden zwei Drittel an Alzheimer. Entsprechend der demografischen Entwicklung wird sich die Anzahl der Erkrankungen in den nächsten Jahren weiter erhöhen. Zur Bekämpfung der Alzheimererkrankung bedarf es dringend neuer, wirksamer Medikamente. Dazu müssen in zahlreichen präklinischen Versuchen mögliche Wirkstoffe hinsichtlich ihrer Eignung untersucht  werden.

Ziele

  • Entwicklung neuer Hochdurchsatz-Testverfahren zur innovativen Medikamentenentwicklung
  • Technologieentwicklung zur schnellen, eindeutigen und zuverlässigen Vorhersage von Wirkstoffen und Therapieformen für neuropathologische Erkrankungen
  • Konzeption, Entwicklung, Aufbau und Erprobung eines Funktionsmodells, mit dem gleichzeitig bis zu 384 Wirkstoffe  in Kurzeit- oder Dauermessungen hinsichtlich ihrer Eignung gegen die Alzheimererkrankung untersucht werden können

Anwendung

Die Anwendung kann in der gesamten Wertschöpfungskette von der mikrosystemtechnischen Entwicklung bis zur Integration in portable Geräte sowie bis zur Implementierung in Robotik- und Mikrofluidik-Automatisierungsplattformen erfolgen.

IMAS-Teilprojekt 4: Automatisierung

Im Verbund mit dem DZNE, der Universität Leipzig, der Technischen Universität Ilmenau und dem Fraunhofer Institut IFF Magdeburg  wurde ein neues Verfahren, das sogenannte  impedanzbasierte Multi-Array-Screening, entwickelt. Das Fraunhofer IFF hat eine gerätetechnische Lösung konzipiert und aufgebaut, mit der in bis zu 384 Wells gleichzeitig Wirkstoffe gegen Alzheimer getestet werden können. Das Funktionsmodell besteht im Wesentlichen aus einer hochpräzisen Zustellkinematik, mit der bis 384 Kontakte eines speziell dafür entwickelten Multi Arrays durch eine elektronische Messplatine kontaktiert werden können.

Mit dem »IMAS-Reader« werden Impedanzmessungen an lebenden Zell- und Gewebekulturen schnell und präzise durchgeführt. Dazu wird das als Stand-Alone System konzipierte Gerät in einen Inkubator eingestellt. Die Versorgung mit elektrischer Spannung und Druckluft sowie der Transfer von Messdaten und Steuerungsbefehlen zum übergeordneten Prozessleitsystem und der Auswertungs- und Visualisierungssoftware erfolgen über entsprechend ausgeführte Systemschnittstellen. Das Funktionsmodell ist für  die Integration in automatisierte Laboranlagen, wie z.B. Pipettierroboter oder Inkubatoren mit Plate-Shuttle-Systemen, vorbereitet. In zahlreichen biologischen Tests wurde der Nachweis der Funktionalität, einschließlich der von den Projektpartnern entwickelten und im Funktionsmodell integrierten Subsysteme, erbracht.

Projektpartner

  • Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), Magdeburg
  • Universität Leipzig, Biotechnologisch-Biomedizinisches Zentrum, Leipzig
  • Technische Universität Ilmenau, MacroNano®, Ilmenau

Das im Jahr 2011 abgeschlossene Verbundvorhaben IMAS wurde im Rahmen des vom BMBF ausgeschriebenen Fördervorhabens »Gesundheitsforschung in Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft – Innovation in der Medikamentenentwicklung« gefördert und vom Projektträger im DLR, Bereich Gesundheitsforschung, betreut.