CellSpectrometer CSM 2100

Gewebebarrieren sind für das reibungslose Funktionieren eines Organismus unerlässlich. Sie erfüllen lebenswichtige Aufgaben wie Schutz, Filtration, Sekretion, Absorption und Ausscheidung. Diese Barrieren befinden sich überall im Körper und bestehen aus Epithel- und Endothelschichten. Die Epithelschicht bedeckt Organe und Hohlräume und trennt sie von ihrer Umgebung ab. Die Endothelschicht kleidet die Innenseite der Blutgefäße aus und fungiert als Barriere zwischen Blut und umgebendem Gewebe. Beide Schichten weisen dichte und haftende Verbindungen auf, die die Integrität der Barriere aufrechterhalten. Diese Gewebe sind nicht nur für die Körperfunktionen von entscheidender Bedeutung, sondern spielen auch eine Schlüsselrolle bei der Sicherheitsprüfung von Arzneimitteln, Kosmetika und anderen chemischen Substanzen, die mit dem Körper in Kontakt kommen. Das CellSpectrometer CSM 2100 misst den Widerstand einer Zellgewebeschicht gegenüber einem Wechselstrom über einen bestimmten Frequenzbereich. Es besteht eine direkte Korrelation zwischen der Permeabilität einer Zellschicht und ihrem Impedanzspektrum. Die Bestimmung, wie viel elektrisches Signal von der Zellschicht blockiert wird, ermöglicht eine effektive Bewertung der Barriere-Integrität. 

Transepithelialen/transendothelialen elektrischen Widerstands (TEER) ist eine wichtige und gut etablierte Messmethode auf Basis von Impedanzspektrometrie zur In-vitro-Untersuchung von Zellkulturen. TEER misst den Widerstand einer Zellschicht gegenüber einem Wechselstrom bei zwei verschiedenen Frequenzen (12,5 und 1000 Hz). Es besteht eine direkte Korrelation zwischen der Permeabilität einer Zellschicht und ihrem TEER-Wert:

• Hoher TEER-Wert: Deutet auf dichte Zellschichten mit geringer Permeabilität und hohem elektrischen Widerstand hin.
• Niedriger TEER-Wert: Weist auf Zellschichten mit höherer Permeabilität und geringerem elektrischen Widerstand hin.

Für eine Impedanz-/TEER-Messung wird in der Regel eine Mikrotiterplatte mit mehreren Inserts verwendet, die Zellkulturen enthalten und von beiden Seiten mit einem Elektrolytmedium benetzt sind. Diese Inserts isolieren das Elektrolytmedium, das die Zellkultur umgibt, von dem äußeren Elektrolytmedium und verbinden die beiden nur durch die Zellschicht (siehe Zeichnung). Während der Messung fließt ein Wechselstrom durch zwei Elektroden, die sich innerhalb und außerhalb der Inserts befinden. Echtzeitmessungen von Spannung, Strom und Phasenverschiebung (φ) werden zur Berechnung des elektrischen Widerstands (in Ohm, Ω) verwendet.

Das CellSpectrometer CSM 2100, eine Entwicklung in Zusammenarbeit mit dem renommierten deutschen Fraunhofer Institut, ist ein kompaktes und leistungsfähiges Impedanzspektrometer mit 12 oder 24 Messkanälen, mit dem Sie eine entsprechende Anzahl von Zellkulturen gleichzeitig besonders einfach und schnell auswerten können.

• Vollspektrum: Messungen mit 48 diskreten Frequenzen (logarithmisch verteilt über das gesamte Spektrum von 1 Hz bis 200 KHz und einem zusätzlichen Messpunkt bei 12,5 Hz) für alle Zellkulturen in nur 100 Sekunden.
• TEER-Messungen bei 12,5 Hz und 1000 Hz in lediglich 15 Sekunden verfügbar.

• Einzigartige patentierte TiN-beschichtete Elektroden (Titannitrid):Diese bieten eine erhebliche Verbesserung der Signalqualität im Vergleich zu herkömmlichen Edelstahl- oder goldbeschichteten Elektroden (Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses von 1:10 auf 10:1). Bis zu 50-mal weniger Widerstand und Phasenverschiebung, die durch das Gerät selbst verursacht werden.

• Kompatibilität mit Standard-Mikrotiterplatten: Das Gerät und die Elektrodenplatten sind so konzipiert, dass sie in handelsübliche Mikrotiterplatten mit 12 (4 × 3 Layout) oder 24 (6 × 4 Layout) Einsätze passen und sowohl hängende als auch stehende Inserts aufnehmen können (z. B. TPP-Platten mit Brand-Inserts). Dadurch entfällt das aufwendige Übertragen von Zellkulturen in andere Gefäße.

  Beispiele für geeignete Zellkulturen:

  • Epithelzellen
  • Endothelzellen
  • Rekonstruiertes menschliches Hornhautepithel (RhCE)
  • Hautmodelle
  • Andere gewebespezifische Zellen

• In sich geschlossenes System: Das CellSpectrometer CSM 2100 arbeitet unabhängig und benötigt keine spezielle Umgebung, so dass es in verschiedenen Laborumgebungen eingesetzt werden kann.
• Einfache Reinigung: Alle Komponenten sind leicht zu säubern und können sterilisiert werden, um hohe Hygienestandards zu gewährleisten und das Risiko von Kreuzkontaminationen zwischen Proben zu verringern.
• Intuitive Kalibrierüberprüfungsfunktion des Systems jederzeit möglich.
• Zeit- und kosteneffizient: Durch die gleichzeitige Analyse aller Zellkulturen unter denselben Bedingungen beschleunigt das Gerät den Testprozess im Vergleich zu Einkanal-TEER-Messgeräten erheblich.
• Ethik: Die Messung reduziert die Anzahl der in vivo Testpersonen und eliminiert die Notwendigkeit von Tierversuchen.

Ausgefeilte, benutzerfreundliche Software:

• Grafische Anzeige: Visuelle Darstellung von Impedanzspektren, Phasenwinkeln und TEER-Werten für alle 12 oder 24 Wells vereinfachen die Dateninterpretation.
• Bestimmung der relativen Veränderung: erleichtert unmittelbar vergleichende Studien der Werte im Zeitverlauf. Spezifische Ergebniswerte durch anspruchsvolle Modellierung in der Software.
• Datenkorrektur und Baseline-Verhältnis: Die Software unterstützt die Erfassung der notwendigen Daten, um Leerwerte (Baselines) zu subtrahieren, die Aufschluss über den „experimental stress“ geben und Aussagekraft der Messungen verbessern.
• Schwellwerteinstellungen: flexible Einstellung mehrerer Schwellwerte und deren Auswertung aller Inserts auf einen Blick, um signifikante Veränderungen auf einen Blick zu erkennen.
• Umfassende Datenbank: Alle Messdaten werden in der Datenbank gespeichert, was einen einfachen Export in dynamische Excel^®-Tabellen für weitere Analysen und Berichte ermöglicht. Statistische Auswertungen waren noch nie so einfach.

Impedanzmessungen mit dem CellSpectrometer CSM 2100 bieten erhebliche Vorteile in verschiedenen Bereichen der medizinischen, pharmazeutischen und kosmetischen Forschung. Hier sind einige wichtige Anwendungsbereiche:

Kosmetische und pharmazeutische Forschung & Entwicklung

• Permeabilitätsstudien: Bewertung der Durchlässigkeit von Arzneimitteln/Kosmetika durch epitheliale oder endotheliale Barrieren (z. B. dermale Penetration und Absorption und vieles mehr). Ideal für die Untersuchung der Integrität von Gewebebarrieren vor und nach Behandlungen mit Kosmetika (Haut) oder Arzneimitteln (verschiedene Gewebetypen). Selbst kleinste Barriereminderungen in der Zellkulturstruktur führen zu einem deutlichen Abfall der Impedanz.
• Wirksamkeit von Arzneimitteln: Gewebebarrieren wirken oft als Hindernis für bestimmte medizinische Behandlungen, insbesondere bei der gezielten Verabreichung von Medikamenten. Damit ein Medikament den vorgesehenen Wirkungsort erreicht, muss es diese Gewebebarrieren überwinden. Die Impedanzmessung hilft bei der Bewertung der Gewebedurchlässigkeit und der Entwicklung wirksamer Strategien für die Verabreichung von Arzneimitteln. Die Messung ist ideal, um aktive und passive Transportmechanismen zu untersuchen.
• Toxikologisches Screening: Bewertung der Auswirkungen von Arzneimitteln oder Chemikalien auf die Integrität der Barriere. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Impedanzspektrometrie für Mikroschäden in Zellschichten lassen sich toxische Wirkungen von Substanzen frühzeitig erkennen. TEER wird als ethisch vertretbarer und zuverlässiger Standard für die Klassifizierung potentiell gefährlicher oder toxischer chemischer Substanzen verwendet: In Übereinstimmung mit Richtlinien wie REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) oder den OECD-Richtlinien für die Prüfung von Chemikalien ersetzt die TEER-Messung Tierversuche wie den berüchtigten Draize-Augentest an Kaninchen.
• Nicht-invasive, kontinuierliche Überwachung von Zellmembranreaktionen: Beobachtung von Zellreaktionen auf externe Stimuli oder Behandlungen, ohne die Zellen zu stören.
• Bewertung der Zellkulturreifung: Hilft bei der Feststellung, wann eine Zellkultur vollständig ausgereift und für weitere Experimente oder Anwendungen bereit ist.

Medizinische Forschung & Dermatologie

• Krankheitserforschung: Untersuchung von Barrieredysfunktionen bei verschiedenen Hauterkrankungen, Wundheilung, entzündlichen Darmerkrankungen, Diabetes, neurodegenerativen Erkrankungen und vielen anderen.
• Infektionsstudien: Untersuchung der Auswirkungen von Krankheitserregern (z. B. Bakterien, Viren) oder Immunreaktionen auf die Integrität der Epithel- oder Endothelbarriere.
• Entzündungserforschung: Auswirkungen von Entzündungszytokinen auf Epithel- oder Endothelschichten.
• Krebsforschung: Informationsgewinnung wie Krebszellen bei der Metastasierung Barrieren durchdringen.
• Entwicklung künstlichen Gewebes, das natürliche Barrieren nachbilden soll.

Umwelt und Lebensmittelsicherheit

• Toxin-Screening: Auswirkungen von Umweltgiften oder Lebensmittelzusatzstoffen auf die Epithelbarriere.
• Nanopartikel: Bewertung der Auswirkungen von Nanopartikeln auf zelluläre Barrieren.

Mit diesen vielfältigen Anwendungen trägt das CellSpectrometer CSM 2100 durch die Bereitstellung präziser, effizienter und ethisch vertretbarer Messmethoden wesentlich zum Fortschritt von Forschung und Entwicklung bei.

Maße Gerät: 15 (L) x 11 (B) x 11 (H) cm, Gewicht: 2,23 kg (ohne Elektrodenplatte), Material: eloxiertes Aluminum, Stromzufuhr: via USB 2.0, Typ C (Computer), 3 W

Elektrodenplatte: Maße: 134 x 91 x 33 mm³ (L x B x H, Höhe inklusiv Messelektroden), ausgestattet mit 12 Elektrodenpaaren für hängenden oder stehende Inserts, oderr mit 24 Electrodenpaaren für stehende Inserts, Gewicht: ca. 260 g, Material: Glas plus Elektroden aus Edelstahl, vergoldet mit patentierter, nanostrukturierter Titannitrit (TiN) Beschichtung

Messbereiche:

Frequenzen: von 1 Hz bis 200 kHz, 48 diskrete Frequenzen (logarithmisch über das gesamte Spektrum verteilt und einem zusätzlichen Messpunkt bei 12,5 Hz)

Signalamplitude: 120 mV

Impedanz: 0 bis 20 kΩ

Phase: -90° bis 0°

Technische Änderungen vorbehalten