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Chiptechnologien

AG Stahl

Im Institut steht ein komplettes Chipsystem bestehend aus Affymetrix 427 Arrayer, Gesim Nanoplotter 2.1, Axon 4000B Arrayscanner, Theonyx Pipettierroboter und Agilent Bioanalyser zur Verfügung, und die Arbeiten wurden vollständig bis zur routinemäßigen Anwendung in Forschung und Diagnostik, inklusive Datenauswertung, etabliert. Folgende Arrayformate können angeboten werden:

DNA-arrays, Protein-arrays, Aptamer-arrays, Target-arrays, Tissue-arrays, Living cell arrays und die Lab-on-a-chip Analytik von Biomolekülen. Neben klassischen Genexpressionsanalysen werden vermehrt funktionelle Anwendungen entwickelt und durchgeführt, die in die Bereiche Biosensorik, Wirkstoffscreening und Biotesting hineinreichen und vielfältige Interaktionen mit den Exzellenzclustern Rebirth und NIFE sowie dem neuen BMWZ beinhalten. Im Rahmen einer BMWZ-Kooperation konnte jetzt zum ersten Mal ein reales, direktes „Target-Omics“ Verfahren etabliert werden. Bei der Entwicklung des Verfahrens wurden zunächst Hitzeschockproteine (Hsps) als Targets verwendet. Hierzu wurden mit dem im Institut für Technische Chemie zur Verfügung stehenden Chipsystem das Hsp90 Protein als so genannter „Fänger“ auf Chip-Oberflächen aus Nitrocellulose gedruckt. Bindet das „Fängermolekül“ nun einen mit einem Farbstoff versehenen Marker, der üblicherweise ein Molekül aus der zellulären Umgebung ist, kann ein optisches Bindungssignal gemessen werden. Anschließend wird über einen so genannten Verdrängungs-Assay die konkurrierende Bindung anderer Substanzen (im vorliegenden Fall der neuen Abkömmlinge des Geldanamycins) an Hsp90 untersucht. Ein möglicher Wirkstoffkandidat kann nun nicht nur den Marker verdrängen, er verringert später als Wirkstoff in der Zelle auch die Faltungsaktivität des Hsp90 und könnte somit Tumorzellen der Apoptose zuführen. Das entwickelte Verfahren ermöglicht die Testung von chemischen Substanz-Bibliotheken im Hochdurchsatzverfahren gegen definierte Krankheits-spezifische Targets.

Statistische Auswertung von Microarray Experimenten

AG Lindner, AG Stahl

Die Arbeiten im Bereich der DNA-Microarrays haben zum Ziel die oft schwer kontrollierbaren und störenden Einflussgrößen bei der Herstellung sowie Vermessung von Chips zu analysieren und im besten Falle zu quantifizieren. Dazu zählen z.B. Spotting- sowie Scanningparameter, farbstoffabhängige Effekte und Photobleaching. Anhand der gewonnenen Informationen werden statistische Methoden bzw. Normalisierungsalgorithmen entwickelt und validiert um die Qualität, Reproduzierbarkeit und somit die Aussagekraft von Microarraydaten zu verbessern und zur Entwicklung eines Standards für die Handhabung von Microarrays und den aus ihnen gewonnen Daten beitragen. Neben dem mathematisch-statistischen Ansatz werden biochemische Lösungsstrategien zur Minimierung systematischer Verzerrungen entwickelt.

Biotesting

AG Stahl

In der AG Stahl wurden stringente, zelluläre Testsysteme aufgebaut, die zwei- und dreidimensional, statisch und dynamisch eingesetzt werden können, um Materialien und Wirkstoffe hinsichtlich (i) ihrer Toxizität, (ii) ihrer Biokompatibilität und und (iii) ihrer potentiellen Effekte auf das Wachstums- und Differenzierungsverhalten der Testzellen zu bewerten. Die eingesetzten Testsysteme erfassen phänotypische und funktionelle Zellcharakteristika sowie die Darstellung molekularer Marker. Die Komplementarität der Methoden erlaubt eine valide, leistungsfähige und standardisierbare Überwachung der Kulturbedingungen und damit die iterative Optimierung der der getesteten Materialien/Substanzen. Besonderer Wert wird auf die Miniaturisierung der Testsysteme hin zu sogenannten „living cell microarrays“ und auf Entwicklungen zum Ersatz von Tierversuchen mit Zell- und Organarrays gelegt. Alle Testsysteme können mit Zelllinien, primären Zellen und Stammzellen betrieben werden und werden cryo-konservierbar ausgelegt. Diese Zellchips sollen auch in der kontrollierbaren Diagnostik von z.B. Tumorzellen eingesetzt werden. Hier soll in erster Linie über die zellspezifische Bindung von Nanotools ein Monitoring erfolgen bzw. ein therapeutischer Effekt induziert werden.