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Zentrallabor Zytometrie und Zellsortierung

Modernste Zellanalyse und Zellsortierung durch technische Innovation

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Das Zentrallabor für Zytometrie & Zellsortierung (FCCF) wurde im Jahre 2000 als eine gemeinsam genutzte Einrichtung (Shared Resource Lab) des DRFZ, der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Max-Planck-Institutes für Infektionsbiologie etabliert. Mit umfangreichen Serviceleistungen und eigenen technologischen Innovationen bietet das FCCF Zellanalysen und Zellsortierungen auf modernstem Niveau an.

Methoden und Anwendungsgebiete

Die Durchflusszytometrie ist eine Analysemethode zur quantitativen Erfassung von physikalischen, biochemisch-zellbiologischen und immunologisch-genetischen Parametern von einzelnen Zellen, mit deren Hilfe verschiedene Zellmerkmale bestimmt werden können. Die Durchflusszytometer des FCCF ermöglichen die gleichzeitige Messung von bis zu 28 Merkmalen einer Zelle bei einem Durchsatz von bis zu 20.000 Zellen pro Sekunde.

In solch einem “Multicolor”-Ansatz, ist es möglich, Zellen von Patienten vor und während einer Therapie zu analysieren, um einen Therapieerfolg zu verfolgen, aber auch um die zellulären Prozesse einer rheumatischen Entzündung zu untersuchen.

In ähnlicher Weise können interessante Zelltypen nicht nur analysiert, sondern auch isoliert, und für weitere Analysen genutzt werden. Hierzu werden Zellen zunächst wie im Zellanalyser analysiert und dann in Tröpfchen verpackt, die eine spezifische elektrische Ladung erhalten und anschließend innerhalb eines elektrischen Feldes in Auffangröhrchen gelenkt werden. Mit speziell angepassten Sortierprotokollen können auch sehr empfindliche Zelltypen, wie z.B. Stroma- oder Plasmazellen oder in Kombination mit Voranreicherungsmethoden, wie der magnetischen Zellsortierung, auch sehr seltene Zelltypen, z.B. autoreaktive Lymphozyten analysiert oder sortiert werden.

Grundkurs Durchflusszytometrie

Einmal im Monat bieten wir einen zweistündigen Durchflusszytometriekurs über die richtige Anwendung der in der Durchflusszytometrie verwendeten Techniken an. Der Kurs ist für alle Interessierten offen. Die Termine werden jeweils bekannt gegeben bzw. können per Email angefragt werden.

Service und Zytometrie-Einführungskurs

Alle neuen Benutzer müssen zur Registrierung das Anmeldeformular ausfüllen und am Zytometrie-Einführungskurs teilnehmen. Der Kurs findet monatlich statt. Bitte kontaktieren Sie die Mitarbeiter für detaillierte Informationen.

Technische Entwicklungen und Innovationen (derzeit nur auf Englisch)

Cytometric pulse shape analysis

To increase the number of detectable parameters of a cell further, we are investigating cytometric pulse shape analysis together with the Berlin company APE. In this method, the resulting pulse shape of a cell is detected and classified. This enables the differentiation of cell characteristics just on the basis of the pulse shape, i.e. it is not necessary to label the cells e.g. with a surface marker.

quantiFlash(TM)

Together with the Berlin company APE, we have also developed the LED-based calibration tool quantiFlashTM. It enables us to absolutely quantify the measured light intensities of the fluorescence of a cell, and thus to determine the exact number of molecules on or in the cell. This tool allows quantitative comparison of flow cytometers.

Multispectral Acquisition and Analysis of Flow Cytometric Data Using a Conventional Flow Cytometer

We introduced an experimental strategy, in which discontinuous emission spectra were acquired and analyzed by principal component analysis (PCA). In a proof-of-principle study we could show, that the simultaneous detection of up to 4 fluorochromes, which were all excited by a 488 nm Argon-laser could be resolved by the detection of a discontinuous emission spectrum. In other words we use a standard cytometer just by changing the optical filters as a multispectral cytometer. No further expensive modifications as described in the literature are required. For simplifying data processing, PCA algorithm have to be implemented in standard flow cytometry software. Altogether, our studies demonstrated for the first time new possibilities in combining fluorochromes with similar emission spectra.

A UV-C LED Sheath Fluid Desinfection Module for Flow Cytometric Cell Sorting

We have developed a flow through reactor, which sterilizes the sheath fluid at the point of use. The flow through reactor is comprised of a 35 LED array positioned on top of three concentrix channels through which the sheath fluid passes. We use Galliumnitrid (GaN) based UV-C (220-290 nm) LEDs, which have attracted increasing interest as novel UV-C radiation sources for applications in water purification and desinfection.
Compared to conventional gas-discharge lamps, UV-C LEDs have a compact form factor, operate at very low DC voltages, exhibit fast on/off switching capabilities, and their emission wavelength can be tailored to the optimum wavelength for germicidal effectiveness. We have installed the module in a FACS Diva cell sorter and have connected it to the sheath fluid tubing close to the nozzle. At a sheath pressure of 30 psi, we were able to reduce the number of microorganisms up to 1000-fold.
The cell sorter remained free of microorganisms for at least 7 days after the sterilization with bleach was performed.

Device to cool the sheath fluid on a FACS Aria

We developed a cooling device in order to keep the sheath fluid temperature on a FACS Aria constant. We found that the foccusing of the side-streams on a FACS Aria are temperature sensitve. Room and instrument temperature shifts of more than +/- 5K results in a defocusing of the side-streams and the recovery of sorted cells decreased drastically. Furthermore, the sensitivity of delayed lasers decreased due to instable laser-delay.
To overcome this effects we hold the sheath-fluid constant at 17°C by using our device.

Non invasive mixing of cells during long-term sorts

During long-term sorts cells often sediment at the bottom of the sample tube. In consequence, the threshold rate are instable or interupted and cells in the settlement are exposed to cytotoxin. In cooperation with Advalytix we modified their universal acoustic mixing platform “SAWStation4” so that we can implement it in a FACS Aria.
In our study we could show that the yield of sorted cells was about 5% higher compare to cells mixed by the original FACS Aria agitator. Moreover, we found less dead cells in sorted populations.

Schwiete-Labor für Mikrobiota und Entzündung Dr. habil. Hyun-Dong Chang Tel +49 (0)30 28460-761 chang@drfz.de Zur Person
Technischer Leiter Zentrallabor Zytometrie und Zellsortierung Dipl. Ing. Toralf Kaiser Tel +49 (0)30 28460 771 kaiser@drfz.de Zur Person

Die Gruppe wird unter anderem durch das Land Berlin und die Europäische Komission gefördert (Forschungsprojekt PULZY).

Gruppenleiter
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Gruppenleiter
Dr. habil. Hyun-Dong Chang

Technischer Leiter
Dipl. Ing. Toralf Kaiser

Wissenschaftliche Assistenz
Dipl. Biochem. Jenny Kirsch

Technische Assistenz
Ana Catalina Teichmüller (M. Sc.)

Wissenschaftler/Projektmitarbeiter
Dr. Kerstin Heinrich (Biologie)
Dr. Daniel Kage (Physik)

 

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• Max Planck Institute for Infection Biology, Berlin
• Technische Universität Berlin
• Angewandte Physik und Elektronik GmbH (A•P•E), Berlin
• MPI für molekulare Genetik, Berlin

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Patente/Patents

  1. Kaiser, J. Kirsch,
    A. Grützkau,
    Patent Number: 9958393
    ‘Principle component analysis (PCA) – based analysis of discontinuous emission spectra in multi-chromatic flow cytometry’
  2. Kaiser, T. Kolbe, M. Kneissl,
    Patent Number: 9498550
    ‘Flow cytometer desinfection module’
  3. Kristen Feher, Toralf Kaiser, Konrad von Volkmann, Sebastian Wolf
    Patent Number:  US10337975B2
    ‘Method and system for characterizing particles using a flow cytometer’

Ausgewählte Publikationen/Selected Publications

Giesecke, K. Feher, K.v. Volkmann, J. Kirsch, A. Radbruch, T. Kaiser, “Determination of background, signal-to-noise and dynamic range of a flow cytometer – a novel practical method for instrument characterization and standardization”, Cytometry Part A 91.11 (2017): 1104-1114.

Feher, K. von Volkmann, J. Kirsch, A. Radbruch, J. Popien, and T. Kaiser, “Multispectral flow cytometry: The consequences of increased light collection,” Cytometry A, Jun. 2016.

Comparison study of various flow cytometers using a novel ultra stable calibration light source. von Volkmann, K., Feher, K., Popien, J., Kaiser, T. Poster at DGfZ meeting, Berlin, 2015.

Classification of Flow Cytometry Samples with a Dimension Reduction and Binning Approach. Feher, K., Radbruch, A., Kaiser, T. Poster at Cyto conference, Glasgow, UK, 2015

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