Beschaffung eines HD-MEA-Experimentmoduls

Beschaffung eines HD-MEA-Experimentmodul mit 24 Wells für Experimente auf verschiedenen Gravitationsforschungsplattformen.

Ein CMOS-basiertes HD-MEA-Experimentmodul mit 24 Wells soll beschafft werden. Dieses System wird für Experimente auf verschiedenen Gravitationsforschungsplattformen benötigt, darunter der Fallturm (ZARM, Bremen), Parabelflüge (Novespace, Bordeaux, Frankreich), die Humanzentrifuge (DLR, Köln) sowie Höhenforschungsraketen (TEXUS, MASER/Suborbital Express, MAIUS, MAPHEUS, Kiruna, Schweden). Ziel ist es, statistisch aussagekräftige Ergebnisse aus einem einzigen Experiment - beispielsweise einem Raketenstart - zu erhalten, indem die parallele Untersuchung mehrerer Proben ermöglicht wird. Da Gravitations-Experimente mit hohen Kosten verbunden sind, ist die effiziente Nutzung der verfügbaren Plattformzeit von zentraler Bedeutung. In diesem Kontext soll ein Multi-Well High-Density Microelectrode Arrays (HD-MEAs) der Firma MaxWell Biosystems AG inklusive Sonderanfertigung für die Projektgruppe beschafft werden.

Bekanntmachungs-ID: CXPNY5YDPE1

Der Auftrag kann nur von einem bestimmten Wirtschaftsteilnehmer ausgeführt werden, da aus technischen Gründen kein Wettbewerb vorhanden ist. Das UKB beabsichtigt, das Gerät im Rahmen eines Verhandlungsverfahrens ohne Teilnahmewettbewerb gemäß § 17 Abs. 5 VgV zu beschaffen. Dabei konnte ausschließlich mit der MaxWell Biosystems AG verhandelt werden. Dieses Vorgehen ist mit Blick auf § 14 Abs. 4 Nr. 2 b) VgV zulässig, weil technische Alleinstellungsmerkmale bestehen. Das MEA-System muss mindestens 24 Wells besitzen (zur kosteneffizienten Bearbeitung von 24 biologischen Proben pro Kampagne). Jedes Well muss mindestens 26.000 Elektroden bereitstellen (hohe Elektrodendichte zur detaillierten Erfassung elektrischer Signale von Zellen). Die Elektrodendichte muss mindestens 3.000 Elektroden/mm² betragen. Das MEA-System muss mit Mikrofluidikstrukturen kompatibel sein (planarer Elektrodenaufbau). Der Elektrodendurchmesser darf 12,5 Mikrometer nicht überschreiten (die in den geplanten Experimenten verwendeten Mikrokanäle sind ca. 20 Mikrometer breit. Um eine vollständige Positionierung der Messelektroden innerhalb der Kanäle zu gewährleisten und ausschließlich axonale Signale zu erfassen, müssen die Elektroden kleiner als die Kanalbreite sein). Der Elektrodenabstand muss < 20 Mikrometer betragen (für eine zuverlässige Erfassung axonaler Signale innerhalb der ~20 Mikrometer breiten Mikrokanäle. Da Axone typischerweise nur wenige Mikrometer Durchmesser haben und ihre Signale schnell abklingen, ist eine enge Elektrodenabstandsgestaltung notwendig, um eine kontinuierliche Kanalabdeckung und hohe räumliche Auflösung sicherzustellen). Das System muss eine elektrische Rauschspannung < 4 MikroVrms aufweisen. Barebone-Version (nur Kernhardware, ohne Peripherie/Gehäuse. Ein Standard-MEA-System ist für den vorgesehenen Einsatz nicht ausreichend. Das System muss hardwareseitig modifiziert werden - z. B. Verlagerung der Elektronik aus dem Standardgehäuse in eine Druck- und Wärmeisolationskammer als Einschub in den Raketentopf - und spezielle Schnittstellen für die geplanten Experimente bereitstellen). Das HD-MEA-System muss über eine API (Application Programming Interface) steuerbar sein, die eine Synchronisation während der Lichtpuls-Experimente ermöglicht. Darüber hinaus muss die API die automatische Planung von Experimenten erlauben, falls das Personal die Aufzeichnungen nicht manuell starten kann, oder in Kombination mit extern empfangenen Signalen. Selektives Elektroden-Addressing (das MEA-System muss die gezielte Auswahl und Aktivierung einzelner Messelektroden ermöglichen. Dadurch wird sichergestellt, dass nur Elektroden ausgelesen werden, die biologische Signale innerhalb der Mikrofluidik-Kanäle erfassen. Dies ist notwendig, um den Datenfluss bei Langzeitexperimenten (bis zu 48 h) zu reduzieren und die verfügbaren Speicher- und Batterieressourcen zu schonen). Das vorgesehene Gerät verfügt über eine Reihe von technischen Alleinstellungsmerkmale, die im Rahmen des vorgesehenen Einsatzwecks unerlässlich und nur von dem genannten Gerät von MaxWell Biosystems erfüllt werden können. Das geplante 24-Well-HD-MEA-System soll die Aufzeichnung neuronaler Aktivität (z. B. von retinalen Ganglienzellen (RGCs) und neuromuskulären Endplatten (NMJs)) mit der Möglichkeit zur optogenetischen Stimulation kombinieren. Die optogenetische Aktivierung erfolgt durch Lichtpulse definierter Wellenlängen, die zeitlich mit den elektrophysiologischen Aufzeichnungen synchronisiert werden müssen. Hierfür sind geeignete Hard- und Software-Schnittstellen erforderlich. Zudem soll das System mit einer Mikrofluidik-Einheit ausgestattet sein. Diese ermöglicht die kontrollierte Kultivierung organotypischer Proben (z. B. retinale Organoide ab Woche 15) in Reservoirs mit Mikrokanälen für gerichtetes axonales Wachstum. Der Raketentopf weist einen Durchmesser von rund 430 mm und eine Höhe von etwa 290 mm auf, wobei die Höhe strukturell bedingt ist und das Gesamtvolumen nicht vollständig genutzt werden kann. Für den Einschub, der im Rahmen des Late-Access-Verfahrens eingesetzt werden muss, stehen daher inklusive Druckkammer und unterstützender Elektronik nur Abmessungen von maximal 365 mm × 230 mm × 210 mm (L × B × H) zur Verfügung. Elektronik, die dauerhaft im Raketentopf verbleiben kann, muss nicht zwingend im Einschub integriert werden, sollte jedoch vorsorglich als Rückfalloption eingeplant werden. Um eine stabile und reproduzierbare Durchführung der Experimente sicherzustellen, sind eine elektromagnetische Abschirmung sowie Druck- und Wärmeisolierung notwendig. Darüber hinaus ist die Integration geeigneter Sensoren vorgesehen, um alle missionsrelevanten Parameter zu erfassen. Dazu gehören insbesondere Beschleunigung, Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO2-Gehalt, Vibrationen und Strahlung. Sämtliche Geräte und Sensoren müssen innerhalb der genannten Abmessungen des Einschubs untergebracht werden. Mit der Anschaffung dieses Systems wird eine zukunftsorientierte Plattform geschaffen, die nicht nur für RGC- und NMJ-Studien, sondern auch für andere elektrisch aktive Zelltypen und Gewebe (z. B. Neuronen, Kardiomyozyten, Muskelzellen) eingesetzt werden kann. Damit wird die Grundlage für innovative Experimente mit hoher Probenzahl, präziser optogenetischer Kontrolle und integrierter Mikrofluidik gelegt. Eine "vernünftige" Alternative im Sinne von § 14 Abs. 6 VgV zu der Beschränkung des Beschaffungsgegenstands auf das Gerät des Herstellers MaxWell Biosystems AG ist vorliegend nicht ersichtlich. Es ist nicht möglich, die mit den o. g. Alleinstellungsmerkmalen verbundene Leistungsfähigkeit im vorgesehenen Einsatzzweck mittels Geräten anderer Hersteller zu realisieren. Im Rahmen einer Marktanalyse wurden die am Markt verfügbaren Multiwell-Microelectrode-Array-Systeme (MEA) der Anbieter MaxWell Biosystems, 3Brain, Axion BioSystems, Multi Channel Systems (MCS) sowie AlphaMED Scientific untersucht. Aufgrund der Marktanalyse ist festzustellen, dass ausschließlich das System MaxTwo (24-Well) von MaxWell Biosystems AG die in den Leistungsanforderungen definierten Kriterien erfüllt.