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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 anhand ihrer Fluoreszenzfärbung 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 parameters of cells that can be detected by flow cytometry, we are investigating cytometric pulse shape analysis in collaboration with the Berlin-based company APE.  In this method, the resulting pulse shape of the scattered light from a cell is detected in an angle-dependent manner and classified by data processing. This allows the discrimination of cell properties based on the pulse shape alone, i.e. it is not necessary to label the cells with a surface marker, for example. In a further step, this method will be extended to enable cell sorting.

quantiFlash(TM)

Also in cooperation with the Berlin-based company APE, we have developed the LED-based calibration tool for flow cytometers (quantiFlashTM). It enables us to quantify the sensitivity 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.

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

We have developed a flux reactor that sterilizes the sheath fluid at the point of use. The flux reactor consists of an array of 6 UV-C LEDs. Such UV-C radiation source is also used in water treatment and disinfection.  The module is currently installed in an INFLUX cell sorter and allows to reduce the number of microorganisms by up to 1000 times. The module was manufactured in cooperation with APE.

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 Entzündungen Prof. Dr. 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).

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Gruppenleiter
Prof. Dr. Hyun-Dong Chang

Technischer Leiter
Dipl. Ing. Toralf Kaiser

Wissenschaftliche Assistenz
Dipl. Biochem. Jenny Kirsch
Dr. Kerstin Heinrich

Wissenschaftler/Projektmitarbeiter
Dr. Daniel Kage

 

Weiter zu Kooperationspartner

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