Zur Untersuchung des Stoffwechsels von lebenden Zellen, Zellsystemen oder Zellkompartimenten durch Bestimmung der Ansäuerung-oder Alkalisierungraten des Mediums durch die Zellen ist es bekannt, eine zeitaufgelöste Messung des pH-Wertes mit der Technik des Licht-adressierbaren potentiometrischen Sensors (LAPS) zu verwenden (Parce, J. W., H. M. McConnell, et al. (1990), Methods and apparatus for detecting the effect of cell affecting agents on living cells, Molecular devices Corporation ; McConnell, H. M., J. C. Owicki, et al. (1992),"The Cytosensor Microphysiometer : Biological Applications of Silicon technology", 257 : 1906-1912). In einem bekannten Cytosensore Mikrophysiometer (siehe EP-A-0 394 406) werden vier bzw. acht Messkammern (LAPS) parallel betrieben. Jede Kammer wird durch eine separate Lichtquelle angesteuert und hat einen unabhängigen Anschluss (Kanal), mit welchem der Photostrom und damit die Ansäuerung-oder Alkalisierung der die Zellen umgebenden Lösung gemessen wird. Diese Daten werden gesammelt und einzeln durch Ableitung der Ansäuerung/Alkalisierungin sogenannte, raw data'umgewandelt.

Somit erhält man für jede Kammer und jeden einzelnen Messkanal entsprechende kontinuierlich auswertbare Daten. Jeder LAPS wird dabei durch die Lichtquelle von der Unterseite in seinem Mittelpunkt beleuchtet. Die Ortsauflösung beträgt in dieser Konfiguration ca. einen Millimeter (Nakao, M., S. Inoue, et al. (1996),"High-resolution pH imaging sensor for microscopic observation of microorganisms", Sensors & Actuators B 34 : 234-239). Dies bedeutet, dass der in jeder Kammer gemessene Photostrom von der Ansäuerung oder Alkalisierung der auf der Chipfläche verteilten Zellen abhängt, die sich auf dieser Fläche von ca. einem Quadratmillimeter befinden.

In dem bekannten System wird bislang in jeder Messkammer die Ansäuerung oder Alkalisierung des gesamten Zellverbandes gemessen. Eine ortsaufgelöste Messung ist nicht möglich.

Es ist ein LAPS bekannt, der eine parallele Messung der Ansäuerungs-oder Alkalisierungsrate an mehreren Punkten ermöglicht (Alajoki, M. L., G. T. Baxter, et al.

(1997), High-Performance Microphysiometry in Drug Discovery (Kapitel 25), High Throughput Screening : The Discovery of Bioactive Substances, J. P. Devlin, Marcel Dekker (New York) : 427-442). Bei dieser Anordnung werden beispielsweise vier Zelltypen mit acht Wirkstoffen in Verbindung gebracht. Dieser LAPS ist jedoch für eine Verwendung mit dem bekannten Cytosensoe Mikrophysiometer nicht geeignet. Ferner existieren Systeme für Messungen an Zellverbänden mittels Laserstrahlabtastung, (Nakao, M. S. Inoue, et al. (1995),"Observation of microorganism colonies using a scanning-laser-beam pH-sensing microscope", J. Ferm. Bioeng. 79 (2) : 163-166), die jedoch ebenfalls nicht mit dem bekannten Cytosensoro Mikrophysiometer kompatibel sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ortsaufgelöste Untersuchungen vernetzter Zellen und/oder Zelikompartimente bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, für eine einzige Messkammer eines Mikrophysiometers mehrere Lichtquellen vorzusehen. Dadurch kann in dieser Kammer, und somit an jeweils einem LAPS, der Chip an mehreren unterschiedlichen (vorzugsweise vier bis zu acht oder gar 25 verschiedenen) Stellen der Oberfläche aktiviert werden. Hierzu werden erfindungsgemäß entsprechend vorzugsweise vier bis zu acht oder gar 25 Lichtquellen, die zur Aktivierung des Chips dienen, an der Unterseite angebracht. Für je eine Kammer ist eine Referenzelektrode, ein Anschluss (Kanal) an den LAPS zur Messung des Photostroms und ein Flüssigkeitszuführungs bzw.-abflusssystem vorgesehen.

Erfindungsgemäß werden zur ortsaufgelösten Messung nicht alle Lichtquellen simultan verwendet bzw. angesteuert. Um die Ansäuerung oder Alkalisierung an jedem der mehreren (vorzugsweise bis zu 25) Punkte separat bestimmen zu können, werden die Lichtquellen in einem sequenziellen Zyklus betrieben. Dabei wird zu einem Zeitpunkt T1 zuerst Lichtquelle Nummer 1 aktiviert, womit der Photostrom zu dieser Zeit von der Ansäuerung oder Alkalisierung der Zellen abhängt, welche sich auf dem LAPS

innerhalb einer Fläche von ca. einem Quadratmillimeter an der von Lichtquelle Nummer 1 beleuchteten Stelle befinden. Lichtquelle Nummer 1 wird so lange betrieben, bis eine vollständige Photostrom-Spannungs-Kurve aufgenommen ist.

Danach wird zum Zeitpunkt T2 zur Lichtquelle Nummer 2 umgeschaltet, wobei dann der gemessene Photostrom abhängig von der Ansäuerung oder Alkalisierung der Zellen ist, die sich auf dem LAPS an der von Lichtquelle Nummer 2 beleuchteten Fläche befinden. Dieser Wechsel wird bis zur letzten Lichtquelle, vorzugsweise Lichtquelle Nummer 25, fortgesetzt. Danach wird der Zyklus wiederholt, beginnend mit dem Betrieb von Lichtquelle Nummer 1.

Alternativ ist eine simultane bzw. eine gesteuerte Aktivierung der Lichtquellen vorgesehen (z. B. alle Lichtquellen gleichzeitig oder in einzelnen Gruppen (etwa Lichtquellen Nr. 2,4,6, usw.)).

Für einen Messaufbau mit beispielsweise acht Lichtquellen werden innerhalb eines Messzyklus sequentiell die Photostrom-Spannungs-Kurven an allen acht (bzw. bis zu 25) Punkten des LAPS aufgenommen, unter denen sich je eine der acht Lichtquellen befindet. Es wird dann von jeder Photostrom-Spannungskurve der Wendepunkt, also ein einziger Datenpunkt bestimmt. Während eines Zyklus werden in dem einzelnen verwendeten Kanal damit acht Datenpunkte ermittelt, die als sogenannte"raw data" über ein Display angezeigt werden können. Dabei entspricht der i-te (i = 1,2,..., 8) Datenpunkt dem Wendepunkt der Photostrom-Spannungs-Kurve an der von der i-ten Lichtquelle beleuchteten Flache des LAPS. Diese Daten werden anschließend unter Zuordnung zu Messkanälen ausgewertet. Der erste Kanal enthält die Datenpunkte 1, 9,17,...., der zweite Kanal die Datenpunkte 2,10,18,... usw., wobei die Datenpunkte 1 bis 8 dem ersten Messzyklus, die Datenpunkte 9 bis 16 dem nächsten Messzyklus entsprechen usw. Damit enthält jeder Kanal den zeitabhängigen Verlauf des Wendepunktes der Photostrom-Spannungs-Kurve von einer separat beleuchteten Stelle des LAPS.

Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung die sequentielle Untersuchung an mehreren (vorzugsweise bis zu 25) Messstellen auf der Oberfläche eines LAPS und damit eines Kanals, bezogen auf die Konfiguration des Mikrophysiometers.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die spezifische Beobachtung des Stoffwechsels von lebenden Zellen, Zellsystemen oder Zelikompartimente durch Bestimmung der Ansäuerungs-oder Alkalisierungsraten des Mediums durch die Zellen, was durch zeitaufgelöste Messung des pH-Wertes mit der Technik des Licht-adressierbaren potentiometrischen Sensors (LAPS) realisiert ist. Bei den verwendbaren Zellen kann es sich um Zellkulturen (einschließlich Bakterien-oder Pilzkulturen) oder auch um frisches, tierisches, menschliches (inklusive Biopsiematerial) oder pflanzliches Zellmaterial, handeln.

Die vorliegende Erfindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit dem bekannten Cytosensore Mikrophysiometer betreibbar bzw. koppelbar, so dass damit die ortsaufgelöste Messung der Ansäuerungs-oder Alkalisierungsrate des Mediums durch zum Beispiel vernetzte Zellverbände möglich ist.

Das erfindungsgemäße ortsauflösende Messsystem weist drei Aspekte auf : 1) Die Integration der mehreren (beispielsweise acht) Lichtquellen in eine Messkammer ; 2) die Elektronik zum zyklischen Umschalten zwischen den Lichtquellen ; und 3) die Software, die die gemessenen Daten aus einem Kanal in mehrere (vorzugsweise vier bis zu-25) Kanäle aufspaltet und analysiert.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorschrift zum a) direkten Aufbringen der Zellkulturen auf den LAPS, b) eine mögliche Strukturierung des LAPS in sensitive und insensitive Bereiche und c) ein optimales Stimulationssystem.

Das Aufbringen von Zellen kann erfindungsgemäß auf spezifischen Trägern erfolgen, die separierte Bereiche besitzen können, um damit eine Abtrennung für die Zellen zu erhalten. Die Zellen können z. B. direkt auf dem LAPS kultiviert werden. Dadurch ist es möglich, verschiedene Stellen des LAPS und des Trägers mit unterschiedlichen Zellen zu besiedeln. Für das Aufbringen verschiedener räumlich getrennter Kulturen können dabei mehrere verschiedene Verfahren angewendet werden : Im Falle von Gewebeschnitten/-stanzpräparaten werden die Zellgewebestücke auf verschiedene Stellen des LAPS aufgebracht und z. B. fixiert oder dort anwachsen gelassen. Entscheidend ist z. B., dass die physiologische Funktion der Zellen dabei voll

erhalten bleiben. So kann gewährleistet werden, dass die zunächst räumlich getrennten Kulturen durch Wachstum auf dem Chip Kontaktstellen untereinander ausbilden. Im Falle von vereinzelten Zellsuspensionen werden diese hochkonzentriert an verschiedenen Stellen des LAPS aufgebracht. Um eine Vermischung der Zellkulturen während der Adhäsionsphase (ca. eine-24 Stunden) zu verhindern, kann dazu die Oberfläche des LAPS unterteilt werden. Beispielsweise können Abgrenzungen durch dünne Linien, die aus einem hydrophoben Material bestehen, auf der LAPS Oberfläche aufgebracht werden. Dadurch verbleiben die lokal aufgebrachten Zellen in ihrem jeweiligen Kompartiment. Eine solche Strukturierung ist entweder durch Stempeln oder mittels photolithographischer Verfahren möglich. In einer besonderen Ausführungsform weisen diese Linien Unterbrechungen auf, und werden möglichst dünn aufgebracht, damit nach der Adhäsion auch Zellen oder Zellfortsätze über diese Linien hinwegwachsen können. Nach der Adhäsion wird den Zellen das zur Kultivierung nötige Medium zugegeben. Auch hier ist es wichtig, dass die Fähigkeit des Zellwachstums erhalten bleibt und die Zellen aus den unterschiedlichen Bereichen Kontaktstellen untereinander ausbilden oder in anderer Weise, zum Beispiel über Sekretion von Hormonen oder anderen Signalstoffen, wechselwirken können.

Die Abtrennung kann z. B. so gehalten sein, dass sie die Zellen, die punktuell aufgetragen werden, komplett und über die Zeitdauer der Messung voneinander getrennt hält, oder ein Zusammenwachsen bzw. die Migration der Zellen zueinander gewährleistet.

Alternativ kann auf den Chip während der Adhäsionsphase eine Trennvorrichtung, die mehrere Kammern aufweist, aufgelegt werden, welche nach der Adhäsionphase abgenommen werden kann. Hier hat sich insbesondere eine Vorrichtung aus Teflon bewährt.

Alternativ können Zellen (Zellsuspensionen) können ebenfalls punktuell aufgebracht werden, indem sie durch Nadeln oder Pipetten in ein Polymergel (insbesondere Agarosegel) injiziert werden, indem ihre Beweglichkeit aufgehoben oder eingeschränkt ist.

Für bestimmte Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine höhere Ortsauflösung zu benutzen. Soll beispielsweise zur Untersuchung besonders strukturierter Zeligewebeverbände die Ansäuerung über einen besonders kleinen Bereich gemittelt werden, etwa wenn nur eine kleine Region des Zellverbandes die Zellen von Interesse enthält, ist dies mit einem vorstrukturierten LAPS möglich. Der LAPS kann durch partielle Beleuchtung mit UV-Licht in sensitive und nichtsensitive Bereiche, in denen kein Photostrom fließt, unterteilt werden. Beispielsweise ist damit eine Strukturierung eines LAPS durchführbar, so dass bis zu acht ausgezeichnete ca. ein hundertstel Quadratmillimeter große Bereiche darstellbar sind. Bei Beleuchtung eines der aktiven Bereiche kann die über den Bereich von ca. einem hundertstel Quadratmillimeter gemittelte Ansäuerungsrate bestimmt werden.

Die Stimulation der Zellen kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Durch Zugabe eines Wirkstoffes in das zugeführte Medium kann eine globale Stimulation aller Zellen, die z. B. einen entsprechenden Rezeptor besitzen, ausgelöst und bestimmt werden.

Optional ist in der Erfindung auch die lokale Stimulation von bestimmten Zellbereichen möglich. Dies kann entweder durch Mikroinjektion eines Wirkstoffes, über eine Mikrokapillare an einer Stelle der LAPS-Messkammer erfolgen oder durch einen Spannungsreiz (d. h. an einer Stelle des LAPS ist eine metallische Reizmikroelektrode integriert) oder durch lokale Applikation von mechanischem Druck (z. B. durch eine in der LAPS-Messkammer integrierte Mikrometerschraube) erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung/das Verfahren zur ortsaufgelösten Messung des Stoffwechsels von Zellen verwendet, die entweder funktionell gekoppelt sind, oder die verschiedene Eigenschaften (z. B. Expression unterschiedlicher Rezeptoren) aufweisen und funktionell getrennt bleiben.

Die im folgenden beschriebenen Anwendungen basieren auf Untersuchungen gekoppelter Zettverbände. Hierzu zählen Synapsen, gap-und tight-junctions, d. h. es findet ein Informationsfluss (physikalischer oder chemischer Art) zwischen benachbarten Zellen statt. Dabei besteht aufgrund der Kopplung optional die Möglichkeit zu nicht-lokaler Stimulation.

Die lokale elektrische Aktivität gekoppelter Zeliverbände kann auf dem Niveau einzelner Zellen mit Hilfe der patch-clamp Technik beobachtet werden (Fitzsimonds, R. M., H.-J. Song, et al. (1997),"Propagation of activity-dependent synaptic depression in simple neural networks", Nature 388 (July 21) : 439-448). Allerdings sind solche Messungen nur über Stunden stabil. Für langzeitstabile Messungen müssen hingegen extrazellulare Techniken verwendet werden. So kann z. B. die extrazelluläre elektrische Aktivität von Hirnschnitten mit Hilfe extrazellulärer Mikroelektroden ortsaufgelöst verfolgt werden (Egert, U., B. Schlosshauer, et al. (1998),"A novel organotypic long- term culture of the rat hippocampus on substrate-integrated multielectrode arrays", Brain Research Protocols 2 (4) : 229-242). Ein entsprechendes System ist kommerziell, z. B. vom Naturwissenschaftlich Medizinischen Institut (NMI) in Reutlingen erhältlich.

Derartige Anordnungen sind aber nur auf elektrisch aktive Zellen begrenzt anwendbar.

In dem erfindungsgemäßen System wird anstelle des extrazellulären Potentials die Ansäuerung oder Alkalisierung des die Zellen umgebenden Mediums durch Bestimmung des pH-Wertes gemessen. Dies ist prinzipiell für alle Arten von Zellen möglich. Die im folgenden beschriebenen Anwendungen bzw. Beispiele lassen sich auch mit Feldern von Feldeffekt-Transistoren koppeln.

Beispiel 1 : Das Gehirn bildet hochkomplexe Zusammensetzungen von gekoppelten Nervenzellen ab, die in funktionelle Regionen unterteilt sind. Durch Synapsen sind die Nervenzellen untereinander vernetzt und können dadurch miteinander kommunizieren.

Erkrankungen, wie z. B. Epilepsie, weisen kommunikative Dysfunktionen an den Zellen auf. Dies wird erfindungsgemäß folgendermaßen untersucht. Es werden Schnitte oder Stanzpräparate der betroffenen Regionen entnommen und an verschiedenen Stellen des LAPS adhaeriert. Nervenzellen aus diesem Bereich bilden nach einigen Tagen Zellfortsätze (Dendriten und Axone) aus, die sich entlang des LAPS ausbreiten. Durch Synapsen werden dabei Kontakte zwischen individuellen Neuronen hergestellt, d. h. nach mehreren Tagen sind die unterschiedlichen Regionen durch Synapsen vernetzt.

In diesem Beispiel werden aus Gründen der Übersichtlichkeit zwei Stanzpräparate (Regionen 1,2) verwendet. Diese werden über zwei verschiedene Lichtquellen Nummer 1 und 2 aktiviert. Der durch Lichtquelle 1 bzw. 2 verursachte Photostrom analysiert die Ansäuerung der Zellen aus Region 1 bzw. 2. Beispielsweise lassen sich

Zellen aus Region 1 spezifisch stimulieren. Dies kann entweder durch Zugabe eines Wirkstoffes in das zugeführte Medium sein, welcher spezifisch auf die Zellen in Region 1 wirkt oder durch lokale Mikroinjektion (Mikroperfusion) eines Wirkstoffes in Region 1 oder durch lokale elektrische Stimulation mit einer Mikroelektrode von Region 1. Die Ansäuerungsrate bzw. der Metabolismus der Zellen aus Region 1 wird dann innerhalb von Sekunden bis Minuten beeinflusst und kann dann abgelesen werden. Da Region 2 mit Region 1 über neuronale Synapsen gekoppelt ist, kann der veränderte Metabolismus in Region 1 auch den Metabolismus der Zellen in Region 2 beeinflussen. Dies kann erst nach einiger Zeit (Minute bis Sekunden) erfolgen. In dieser Konfiguration ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Ansäuerungsraten beider Regionen zu trennen, parallel zu messen und das komplexe Zusammenspiel beider vernetzter Regionen langzeitstabil zu untersuchen.

Beispiel 2 : Bestimmte Zelltypen wie z. B. Epitheizellen, Knorpel-und Knochenzellen reagieren auf Druck. Mit Hilfe der Erfindung kann dabei die Auswirkung nicht-lokalen mechanischen Stresses untersucht werden. Dazu kann das zu untersuchende Gewebestück auf der Oberfläche des LAPS kultiviert werden. Während des Experiments kann ein Teil der Gewebestücke mechanischem Druck ausgesetzt werden, z. B. durch eine lokal in der Kammer integrierte Mikrometerschraube. Die Möglichkeit ortaufgelöster Messung der Ansäuerungsrate ermöglicht langzeitstabil sowohl den Stoffwechsel von Zellen zu untersuchen, die direktem mechanischem Stress ausgesetzt sind, als auch den von benachbarten Zellen, welche über gap-bzw. tight-junctions mit diesen verbunden sind.

Beispiel 3 : Tumorzellen reagieren mit einer Reihe von Zellen. Diese Interaktion kann an den Zielzellen zur Zelivermehrung, Phagozytose oder zum Zelltod führen.

Folgende Verwendungen der Erfindung sind hierzu bevorzugt : a.) Darstellung der Interaktion von Tumorzellen mit Zellgemischen aus Blutzellen zur Bestimmung der Immunantwort der Blutzellen

b.) Darstellung der Interaktion von Tumorzellen mit spezifischen Immunzellen (z. B.

Makrophagen, T-Zellen, NK (Natural Killerzellen) usw. zur Bestimmung der Immunantwort der Blutzellen c.) Darstellung der Interaktion Tumorzelle und normale Zelle aus dem Gewebe, aus dem die Tumorzelle gewonnen wurde. Diese Bestimmung dient der Evaluierung der Nebenwirkung von Wirkstoffen, die möglichst gezielt an der Tumorzelle reagieren sollen und begleitende Nebeneffekte an den normalen Zellen aus dem gleichen Gewebegebiet gering halten sollen. d.) Darstellung der Interaktion Tumorzelle und normale teilungsaktive Zelle aus einem anderen Gewebe. Diese Untersuchung dient dem Nachweis unspezifischer Wirkungen von Wirkstoffen an teilungsaktivem Gewebe, wie z. B. Keimzellen, Follikelzellen etc. Die erfindungsgemäße ortsaufgelöste Bestimmung lässt einen direkten Vergleich der Wirksamkeit der Medikamente zu. e.) Darstellung der Interaktion Tumorzelle und Leberzelle unter Inkubation mit einem Wirkstoff, der im Körper in der Leber metabolisiert wird (Metabolisierungs-und Aktivierungsnachweis) Weiter bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für Studien zum ortsauflösenden Nachweis der Sekretion und Sezernierung von Botenstoffen, lonen und Transmittern, zum Nachweis der Interaktion von sezernierender Zelle und rezeptiver, also den Botenstoff empfangender Zelle (z. B. Insulinproduktion), Sekretion und Absorption durch Empfängerzelle, oder für Studien an neuronalen Zellen zum Nachweis prä-und postsynaptischer Effekte. Zellen sitzen in Position 1 und wirken präsynaptisch, Zellen auf Position 2 empfangen den Wirkstoff postsynaptisch-z. B. Dopamin.

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für die ortsaufgelöste Untersuchung von Kontrollzellen und Rekombinanten, z. B. mit einem Targetprotein ausgestatteten Zellen zur schnellen Identifizierung eines Wirkstoffes.

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für die ortaufgelöste, parallele Untersuchung von Wirkungen eines Wirkstoffs auf Zellen, welche verschiedene Rezeptoren (z. B. Rezeptoreproteinen einer Familie mit verschiedener Untereinheitenzusammensetzung), zur schnellen Bestimmung der Rezeptorselektivität des Wirkstoffs.

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für ortsaufgelöste Studien zum Nachweis physiologischer Effekte, die durch die Interaktion homogener bzw. heterogener Zellpopulationen ausgelöst werden (z. B. Zelltyp 1 säuert Medium an, Zelltyp 2 reagiert auf diese Ansäuerung von Zelltyp 1).

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für die Bestimmung des Migrationsverhaltens von Zellen (Bestimmung der Kriechgeschwindigkeit der Zellen von einer ersten Position (d. h. über einer ersten Lichtquelle) zu einer zweiten Position 2 (z. B. Ausbildung von Fruchtkörpern, Dictyostellium)).

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für die Untersuchung von Bakterien (Position 1) zur Definition der davon ausgebildeten Schutzhülle zum ortsauflösenden Nachweis durch Interaktion mit benachbarter Zelle in Position 2 (Beispielsweise Heliobacter pylori, Bestimmung der Weite der alkalischen Schutzhülle).

Ferner bevorzugt ist die Verwendung der Erfindung für (i) die Bestimmung der Sekretionsmenge und Wegstrecke von Substanzen, die von einem Zelltyp 1 (Position 1) abgegeben werden und durch Einsatz von sensorischen Referenzzellen auf den weiteren Positionen interpretiert werden können (Qualitätskontrolle) ; (ii) die Untersuchung von neuronalen Primärkulturen oder neuronalen dünnen Gewebeschnitten zum Nachweis der Interaktion von Neuronen (Normalzustand).

Durch Setzen von Läsionen (Unterbrechung der neuronalen Verbindung) können Veränderungen bei der Signalübertragung im ortsauflösenden Bereich z. B. von Position 1 versus Position 2 untersucht werden ; (iii) die Bestimmung von differentiellen Nährböden in Bezug auf deren Zellspezifitat und Adhäsionsspezifität ; (iv) die Bestimmung der Interaktion einer spezifischen Substanz mit Zellen, die für diese Substanz einen (Position 1), zwei (Position 2), drei oder mehr (Position 3) Signalempfänger, z. B. Rezeptoren besitzen zur Bestimmung der gleichzeitigen und ortsvermittelten Spezifität der Substanz ; (v) die Bestimmung der Zell-Zellinteraktion von Zellen gleichen Typs und Zellen unterschiedlichen Typs ; (vi) die Untersuchung von Prokaryonten, Eukaryonten und Viren ; und (vii) den Einsatz im Wirkstoffscreening, im Diagnostikbereich, zur Toxizitätsüberprüfung und zur Qualitätskontrolle.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform ; Fig. 2 die sequentielle Ansteuerung der Lichtquellen ; und Fig. 3 die elektronische Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 4 eine ortsaufgelöste Messung der Reaktion von Chinese Hamster Ovary (CHO)- Zellen auf den Wirkstoff Carbachol mit Hilfe einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind vier Lichtquellen LED 1 bis LED 4 gezeigt. Diese sind unterhalb der Messkammer 2 angeordnet, um den lokalen Photostrom an den verschiedenen Positionen zu erzeugen. Der Wirkstoff wird über den Einlass 6 bzw. Auslass 7 zugeführt bzw. abgeführt. Eine sägezahnförmige Spannung U (t) wird zwischen der Badelektrode 3 und dem Rückkontakt 10 angelegt und der Photostrom I abhangig von U (t) gemessen.

Gleichzeitig dient U (t) als Triggersignal für die Steuereinrichtung 8, die die Lichtquellen über entsprechende Verbindungsleitungen 9 angesteuert.

Fig. 2 veranschaulicht den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. die Ansteuerung der Lichtquellen. Wie gezeigt, werden die unterhalb der Messkammer 2 angeordneten vier LEDs der Reihe nach für die Dauer einer Spannungsrampe betrieben. Nachdem alle vier Dioden der Reihe nach angesteuert wurden fährt die Messung erneut mit der ersten Diode fort. Auf diese Weise werden nacheinander mehrere Messzyklen durchlaufen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerschaltung 8 zur Ansteuerung der vier LEDs wie in Fig. 3 gezeigt auf.

Fig. 4 veranschaulicht eine ortsaufgelöste Messung der Reaktion von Chinese Hamster Ovary (CHO)-Zellen auf den Wirkstoff Carbachol mit Hilfe einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei sind in Position 1 und 3 Zellen des Wildtyp (ohne muskarinischen Rezeptor vom Typ 1) und in Position 2 und 4 genetisch manipulierte Zellen (mit muskarinischen Rezeptor vom Typ 1) aufgebracht worden. Nur letztere reagieren bei Zugabe von Carbachol mit einer Erhöhung der Ansäuerunggsrate.