Electro-acoustic spinning for automated single-cell analysis in industry and medicine

Biophysikalische Eigenschaften wie mechanische und elektrische Eigenschaften von Bioobjekten können als markierungsfreie Biomarker dienen, um ihren physiologischen Zustand und ihre funktionellen Aktivitäten aufzuzeigen. Die meisten konventionellen Verfahren sind dadurch begrenzt, dass sie einen Durchschnittswert für die biophysikalischen Eigenschaften eines Ensembles von Zellen messen. Die Messung der biophysikalischen Eigenschaften von Einzelzellen ist in der Biomedizin und Biotechnologie von entscheidender Bedeutung, da z. B. eine Krebsdiagnose im Frühstadium nur mit einer Einzelzellanalyse möglich ist. Darüber hinaus macht die wirtschaftliche Rolle von Mikroorganismen wie Hefe, Bakterien und Algen in der Lebensmittel- und Gesundheitstechnologie ihre individuelle Charakterisierung unerlässlich. Die gebräuchlichsten Methoden zur Identifizierung und Charakterisierung von Einzelzellen konnten aufgrund ihrer komplexen Arbeitsweise und ihres sehr geringen Durchsatzes bisher weder in der Klinik noch in der Industrie eingesetzt werden. Die Durchflusszytometrie (FC) ist die gebräuchlichste Technik, die im klinischen Bereich zur Zellsortierung eingesetzt wird. Sie ist jedoch wenig spezifisch für die Charakterisierung der biophysikalischen Eigenschaften von Objekten, und bei der klassischen FC müssen die Proben markiert werden, was den Arbeitsablauf erschwert und möglicherweise Artefakte verursacht. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung des elektroakustischen Spinnens als neuartige Technik zur gleichzeitigen Charakterisierung elektrischer und mechanischer Eigenschaften einzelner Zellen mit ausreichendem Durchsatz, ohne Markierung und wirtschaftlich, um industriell relevant zu sein. Wir werden die elektrischen und mechanischen Eigenschaften einer Vielzahl von Zellen gleichzeitig messen, indem wir die Rotation der Zellen in einem elektroakustischen Feld zwischen zwei parallelen Elektroden beobachten. Das homogene elektroakustische Feld beeinflusst die Zellen überall gleich, was es ermöglicht, die Eigenschaften vieler Zellen gleichzeitig zu bewerten.