Die Forschungsgruppe "Technische Biologie" unter der Leitung von Prof. Dr. Janina Bahnemann beschäftigt sich mit der Herstellung und Integration von 3D-gedruckten mikrofluidischen Systemen und der Entwicklung innovativer Biosensoren für Anwendungen im Bereich Zellkulturtechnik und Point-of-Care-Diagnostik. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung neuer Aptamer-basierter Biosensoren für die Überwachung von Zellkulturprozessen sowie dem Design, der Herstellung und Integration eines neuen Lab-on-a-Chip-Systems, das einen kontinuierlichen, transienten Gentransfer in Wirtszellen für die flexible Produktion rekombinanter Proteine ermöglicht.

3D GEDRUCKTE MIKROFLUIDISCHE SYSTEME

Innerhalb des  Emmy Noether Projekts Entwicklung von integrierten kontinuierlichen Fließsystemen für transiente Transfektion, Kultivierung und Überwachung von tierischen Zellen werden neuartige Mikrosysteme für Anwendungen in der Zellkulturtechnik designt.

• Hochauflösender 3D Druck in einem Größenbereich weniger Mikrometer (15 - 50 μm)
• Rapid prototyping
• Mikrofluidische Systeme für die Zellkulturtechnik
  • Mikromischer zum schonenden und schnellen Mischen von Zellen mit Reagenzien
  • Transiente Transfektion von Säugetierzellen zur flexiblen Herstellung rekombinanter Proteine
  • Integrierte Zellabtrennung (z.B., mikrofluidische Spiralseparatoren)
• Computer-aided design (CAD) und Simulationen mittels numerischer Strömungsmechanik (CFD)

ZELLKULTURTECHNIK MIT SÄUGERTIERZELLEN

Die Forschungsgruppe verwendet 3D-gedruckte mikrofluidische Systeme für die flexible Produktion rekombinanter Proteine, womit die transiente Transfektion von Säugetierzellen optimiert wird. Darüber hinaus befasst sich die Gruppe mit Biokompatibilitätsstudien, um eine ideale Umgebung für die Lebensfähigkeit der Zellen und die Produktion rekombinanter Proteine zu gewährleisten.

• CHO (chinese hamster ovary) Zellen,
• HEK (human embryonic kidney) Zellen,
• Biokompatibilitätsstudien von 3D-gedruckten Materialien,
• Durchflusszytometrie (FACS),
• 3D Digitalmikroskopie,
• Fluoreszenzmikroskopie

APTAMER-BASIERTE BIOSENSOREN

Aptamere sind oligomere, einzelsträngige Nukleinsäuren, die über ihre dreidimensionale Struktur hochaffine und selektive Bindungen zu einem Zielobjekt aufweisen. Im Vergleich zu Antikörpern ermöglicht die in vitro Selektion geeigneter Nukleinsäuresequenzen (SELEX, Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment) auch die Bindung von nicht-immunogenen oder toxischen Substanzen. In Kombination mit geeigneten Sensorplattformen ermöglichen Aptamere markierungsfreie und selektive Biosensoren, wie sie wir für das Monitoring von Bioprozessen zur Analyse von Zielproteinen und zum Nachweis mikrobieller Kombinationen (siehe Emmy Noether Projekt) sowie für die Entwicklung von Point-of-Care-Diagnostika (gefördert durch die Volkswagen Stiftung) einsetzen.

Hochsensitive Biosensoren konnten mit folgenden Techniken erzielt werden

• Elektromechanische Quarzkristallmikrowaage (QCM),
• Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS),
• Optische Sensoren basierend auf porösem Silizium.