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Markierungsfreie durchflusszytometrische Zelldifferenzierung mittels kombinierter optischer und Impedanzmessungen in mikrofluidischen Strukturen

30.12.2014

Die durchflusszytometrische Zählung von Zellen ist ein etabliertes Verfahren in der Laboratoriumsmedizin und dient der Unterstützung der Diagnostik in der Hämatologie, Immunologie, Onkologie und Transfusionsmedizin. Neben der Hochdurchsatz- Analyse der Proben in Zentrallaboratorien gibt es eine steigende Nachfrage nach einfacher und schneller Vor-Ort-Analytik für verschiedene Anwendungen. Dazu zählen unter anderem die Notfallmedizin, Entscheidungen zur Transfusion bei Operationen und die Diagnose und Therapiekontrolle bei HIV-Patienten in Entwicklungsländern. Von besonderem Interesse sind dabei Schnelltests, bei denen keine – in der Regel zeitaufwendige – Markierung der Zellen bzw. keine Zerstörung der roten Blutzellen durch Hämolyse erforderlich sind. Um die für solche Vor-Ort-Tests notwendigen einfach handhabbaren Einwegkartuschen zu entwickeln, werden vermehrt Untersuchungen an mikrofluidischen Baugruppen durchgeführt.

Design der mikrofluidischen Struktur zur Messung von Wechselspannungs-Impedanzsignalen einzelner Blutzellen

Differenzierung von weißen und roten Blutzellen und Blutplättchen durch simultane Messung des Streulichtes und der Impedanz

In der PTB wurden in Zusammenarbeit mit der TU Berlin und der RWTH Aachen mikrofluidische Strukturen entwickelt und systematische Untersuchungen der Impedanz-Eigenschaften einzelner Blutzellen im Frequenzbereich von 400 kHz bis 100 MHz durchgeführt. Mit dem in der Abbildung gezeigten mikrofluidischen Sensor ist es erstmals gelungen, durch die Kombination von seitlicher Lichtstreuung und elektrischen Impedanzmessungen Blutplättchen (Plt), rote Blutzellen (RBC) und die Subpopulationen der weißen Blutzellen, die Lymphozyten (Ly), Granulozyten (G) und Monozyten (M), mit einer einzigen Messung zu differenzieren. Abgesehen von der Verdünnung der Probe sind keine weiteren Präparationen erforderlich, um mit dieser Methode das sogenannte erweiterte Kleine Blutbild zu messen.

Die Ergebnisse belegen, dass auf eine Hämolyse beim Nachweis weißer Blutzellen verzichtet werden kann und für bestimmte Anwendungen immunologische Färbungen nicht erforderlich sind. Sogar die kleinsten korpuskularen Blutbestandteile, die Blutplättchen, können in mikrofluidischen Strukturen zuverlässig detektiert werden. Damit sind die Grundlagen geschaffen für die Entwicklung spezifischer Einwegkartuschen mit integriertem Sensor für kombinierte optische und Impedanzuntersuchungen, beispielsweise zur schnellen Konzentrationsbestimmung von Blutplättchen im Operationssaal oder zur Differenzierung weißer Blutzellen im Vollblut bei Neugeborenen oder Patienten mit Lyseresistenten roten Blutzellen.