Elise Aeby bekommt den Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissenschaften 2016

Elise Aeby gewinnt mit dem Design einer neuen Mikrofluid-Plattform für die Untersuchung von Gewebezellen den diesjährigen Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissenschaften an der Universität Basel. Die junge Wissenschaftlerin blickt auf eine erfüllte Zeit in Basel zurück, in der sie viel gelernt und sich aktiv an verschiedenen Aktivitäten des SNI beteiligt hat, um über die Nanowissenschaften zu informieren. Im Mai hat Elise Aeby ihre Doktorarbeit an der ETH Zürich begonnen.

Hängende Tropfen als Untersuchungsobjekt
Elise Aeby hat in der prämierten Masterarbeit eine Mikrofluid-Plattform entwickelt, um Einschränkungen eines Vorläufermodells zu umgehen. Sie arbeitete dazu in der Gruppe von Professor Dr. Andreas Hierlemann vom Departement of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich in Basel. Mithilfe der bestehenden Plattform lassen sich Mikrogewebe herstellen, die bestens geeignet sind, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Gewebetypen und die Wirkung von Medikamenten zu untersuchen.

Zunächst werden dazu die Zellen einer Zellkultur in einem Nährmedium suspendiert und dann als hängende Tropfen (engl. hanging drop network) zu einem Mikrogewebe vereint. Die Oberflächenspannung des Mediums hält den Tropfen zusammen. Die Zellen im Inneren dieses auch Sphäroid genannten dreidimensionalen Mikrogewebes können untereinander kommunizieren und verhalten sich ähnlich wie Zellen eines natürlichen Gewebes. Über ein System von kleinsten Kanälen (Mikrofluidsystem) können die Zellen in dem hängenden Tropfen dann mit Sphäroiden eines anderen Gewebes und mit Wirkstoffen in Kontakt gebracht werden. Die Effekte auf die verschiedenen Mikrogewebe lassen sich mit Mikroskopen sowie durch die Analyse des Nährmediums untersuchen. Weitere Information liefert eine Untersuchung des Mikrogewebes am Ende des Experimentes.

Die im Labor von Andreas Hierlemann entwickelte Plattform bietet den Vorteil, dass die Bedingungen denen im menschlichen Körper recht nahekommen – anders als dies bei der zweidimensionalen Ausbreitung in einer Zellkulturschale der Fall ist. Allerdings ist das offene System empfindlich und benötigt bestimmte Computerprogramme. Zudem verhindert die Bewegung der hängenden Tropfen die Verfolgung einzelner Zellen innerhalb des Mikrogewebes sowie den Einsatz von konfokalen Mikroskopen.

Entwicklung der Plattform
In ihrer Masterarbeit hat Elise Aeby diese Plattform nun zu einem halbgeschlossenen System umgewandelt, das robuster ist und bessere Bilder für die Auswertung liefert. Sie hat die Sphäroide dazu in Hydrogel «verpackt» und damit deren Beweglichkeit eingeschränkt – ohne dabei den Austausch von Nährstoffen, Abfallprodukten oder Sauerstoff zu behindern. Die Plattform besteht aus Polydimethylsiloxan (PDMS), in das durch «Soft-Lithografie» winzige Kanäle und Kulturkammern geformt wurden. Diese Kanäle und Kammern sind offen und für die Wissenschaftler einfach zu befüllen. Um die Strukturen reversibel zu verschliessen, hat Elise Aeby ein dünnes Glasplättchen mithilfe einer Vakuumlinie auf der PDMS-Plattform befestigt. «Die Plattform funktioniert wirklich gut», bemerkt Elise Aeby. «Die Bilder, die wir jetzt mit einem konfokalen Mikroskop aufnehmen können, sind deutlich besser und liefern viel mehr Informationen.»

«Die neue Plattform vereint mikrofluidische 3D-Gewebekultur und hochauflösende Mikroskopie in einer sehr robusten Weise und erlaubt uns Langzeitmessungen von über 10 Tagen vorzunehmen, die vorher so nicht möglich gewesen wären», bestätigt ihr Betreuer Dr. Olivier Frey, ehemals Oberassistent im Hierlemann-Team. Ein Doktorand aus einer anderen Forschungsgruppe hat die neue Plattform inzwischen ebenfalls eingesetzt. Er konnte damit die Kommunikation zwischen verschiedenen Gewebezelltypen untersuchen. Andere Wissenschaftler des Teams beginnen zurzeit ebenfalls die neue Plattform einzusetzen.

Doktorarbeit an der ETH Zürich
Die Arbeit mit Zellkulturen hat Elise so sehr interessiert und motiviert, dass sie sich eigentlich bei der Promotion auf das Thema Tissue Engineering (Gewebezüchtung) konzentrieren wollte. Sie hatte sich dazu unter anderem in der Gruppe von Professor Dr. Viola Vogel an der ETH Zürich beworben. Das Team, das sich mit angewandter Mechanobiologie beschäftigt, war sofort angetan von der jungen Nanowissenschaftlerin aus Basel und schlug ihr vor, auf einem von der KTI geförderten Projekt ihre Doktorarbeit zu schreiben. Hierbei handelt es sich zwar nicht um Tissue Engineering, aber Elise war sofort Feuer und Flamme und sagte daher andere Angebot ab. «Es geht bei dem Projekt um die Anwendung eines neu entwickelten Geräts, das einen winzigen Roboter mithilfe von acht Elektromagneten in fünf Freiheitsgraden steuern kann.» Eine Spin-off-Firma der ETHZ hat dieses NanoMag genannte Gerät entwickelt und Elise Aeby arbeitet seit Mai 2017 für ihre Doktorarbeit damit.

Nanostudium bleibt in guter Erinnerung
Die Zeit des Studiums in Basel ist damit für Elise Aeby endgültig abgeschlossen. Sie blickt dabei auf eine erfüllte Zeit zurück und ist froh, sich im Jahr 2010 für das Nanowissenschaftsstudium entschieden zu haben. Schon in ihrer Maturarbeit über künstliche Muskeln hatte sie einen ersten Einblick in die Nanotechnologie bekommen. Und mit jedem Blockkurs, den Projektarbeiten und der Masterarbeit bestätigte sich ihr Eindruck, genau das Richtige zu studieren. «Das Studium war nicht einfach», blickt sie zurück. «Aber wir hatten immer einen sehr guten Zusammenhalt und haben uns unterstützt und geholfen.»

Die junge, in Belfaux aufgewachsene Wissenschaftlerin war aufgrund ihrer positiven Erfahrungen und ihres Enthusiasmus immer gerne bereit, verschiedene Aktivitäten des SNI zu unterstützen und als Botschafterin für das Nanostudium aufzutreten. So ist Elise Aeby in den Videos des SNI zu sehen, hat bei den Infotagen zahlreiche zukünftige Studentinnen und Studenten informiert, war im Organisationskomitee der INASCON 2015 und hat bei verschiedenen Anlässen wie der tunBasel den SNI-Stand unterstützt.

Wir danken Elise für die tolle Zusammenarbeit in den letzten Jahren, gratulieren ihr ganz herzlich zum Preis der besten Masterarbeit und wünschen ihr für die Zukunft viel Glück und alles Gute.