Nur einen Tropfen Blut…

23. Mai 2007
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Venenpunktion adieu. In Zukunft könnte der Stich in die Fingerkuppe des Patienten genügen. Nach fünf Sekunden Analytik liefert der angeschlossene Computer aus nur einem Tropfen Blut die Prognosen für den Patienten. Ob drohender Herzinfarkt oder nahender Diabetes, moderne Biosensorik könnten bei scheinbar Gesunden die Anfänge schwerer Erkrankungen detektieren.

Personalisierte Diagnostik heißt das Zauberwort, mit dem Biomediziner zunehmend zu tun haben. Das Prinzip: Winzigste Biosensoren erkennen verräterische Eiweißstoffe in den Blutproben der Patienten – in so geringen Mengen, dass kein anderes Verfahren in diesem Stadium mithalten kann. Dass derartige Vorstellungen, noch vor wenigen Jahren als Hirngespinst weniger Grundlagenforscher belächelt, in greifbare Nähe rücken, zeigt ein Team am Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich. Mittels "gesteuerter Selbstorganisation von Gold-Nanopartikeln zu Nanodrähten" lassen die Wissenschaftler bislang einmalige Biosensoren entstehen. Diese sollen, so die Züricher Visionäre, eines Tages kleinste Blutproben auf Krankheitserreger testen.

Der Weg dahin freilich ist beschwerlich, wie Janos Vörös, ETH-Professor für Bioelektronik am Institut für Biomedizinische Technik im Campus-eigenen Newsletter erklärte. Doch immerhin: Der Supersensor wäre samt Gerät nicht größer als ein handelsüblicher I-Pod – und würde dem Besitzer ermöglichen, Krebs- oder Hepatitis-Antigene in seinem Blut vollkommen autonom zu diagnostizieren. "Bisher waren solche Untersuchungen nur in Spitälern möglich. Es sind 10 Milliliter Blut nötig um Antigene mit spezifischen Markern für teure spektroskopische Analysegeräte detektierbar zu machen", erklärt Vörös die Nachteile der herkömmlichen Methoden.

Zwerge aus Gold

Erst Anfang März dieses Jahres wurde der große Teil der globalen Wissenschaftsgemeinde auf die Schweizer Vision aufmerksam, als ein im Fachblatt "Nanotechnology" publizierter Artikel die bis dahin unbekannte Art von markerfreien Biosensoren vorstellte.

Die Kraft des Biosensors liefern atomare Zwerge aus Gold, was Physik- und Chemie-müde Mediziner im Alltag freilich nicht beschäftigen dürfte. Nanofreaks unter den Ärzten jedoch sei gesagt, dass die Halbleitertechnologie den eigentlichen Aufbau der Sensoren ausmacht.

Dabei werden winzige Goldpartikel im Nanometer-Maßstab derart eng auf den eigentlichen Sliziumträger aufgebracht, dass sich die Winzlinge vollkommen selbständig zu leitenden Drähten ausrichten.

Auf die Farbe kommt es an

Auf diese Trägerplatte wird schließlich mit Hilfe des Klebstoffes Neutravidin die Erbsubstanz DNA gekoppelt. Sie dient dabei als Anker für die Goldpartikel und als Bindeglied zu den Antigenen im Blut des Patienten. Der Clou: Die Aus einer zu messenden Blutprobe mit Krankheitserregern vermögen die speziellen Goldkolloide Antigene zu binden – je nach Erkrankung ein anderes Protein. Diese von den Biosensoren "herausgefischten" Antigene lassen sich schließlich nachweisen – und den entsprechenden Krankheiten zuordnen. Die eigentliche Herausforderung beim Verfahren liegt demnach in der Erkennung der verräterischen Antigene. Auch hier wartet der Biosensor mit einer Finesse auf: Nach der Adsorption der Eiweiße kommt es in den goldenen Nanodrähten auf dem Träger zu messbaren Widerstandsunterschieden. Aber auch die Detektion durch optische Verfahren scheint möglich. Denn Edelmetallkolloide – also auch die Goldpartikel des Biosensors – verändern nach der Aufnahme eines Antigens die typischen Muster im Lichtspektrum.

Die Stärke des Biosensors freilich liegt in seiner Empfindlichkeit. Selbst einzelne Antigene bleiben dem Allroundern aus dem Biomed-Labor nicht verborgen, eine kleine Sensation.

Wie der Praxisalltag am Ende dieser Entwicklung aussehen wird, ist absehbar. Messstäbchen, die je nach Befund ihre Farbe verändern scheinen die wahrscheinlichste Form der personalisierten Diagnostik zu werden. Der Test allein zu Haus rückt damit in greifbare Nähe. Schon 2008 will Vörös und sein Team die erste medizinische Anwendung in Angriff nehmen. Die Diagnostik-Initiative ist kein Einzelfall, auch hierzulande setzt die Branche auf personalisierte Verfahren. Die molekularen Alarmsignale des einzelnen Patienten zu erkennen avanciert zum Muss.

Der Copperfield der Diagnostik

So präsentierte die auf Molekulardiagnostik spezialisierte Epigenomics AG unlängst erste Ergebnisse zum eigenen Darmkrebs-Früherkennungstest Entwicklungsprogramm. Danach zeigten die klinischen Daten, dass hochwertige Biomarker für die organspezifische Diagnose von Krebs im Blutplasma gefunden werden können. Zudem belegten die Daten, dass der sensitive Nachweis von methylierter DNA des Gens Septin 9 in Blutplasma Darmkrebs aller Krankheitsstadien verlässlich anzeigt. Die Sensation: Septin 9 in Verbindung mit einem zweiten DNA-Methylierungs-Biomarker, ALX4, erkennt sogar das Vorhandensein von Darmpolypen.

Für die kommende ANALYTICA, immerhin die weltweit größte Messe für Labor und Analytik, stehen die Highlights des Jahres 2008 schon heute im Bann der Diagnostischen Zauberkünstler. Geräte für die "Point-of-Care"-Analytik sind die kommenden Stars – direkt vor Ort einsetzbar, robust und umkompliziert in der Bedienung.

Für Forscher Vörös jedoch bieten die Biosensorischen Winzlinge aus dem Nanolabor gegenüber den bestehenden Diagnostikverfahren einen entscheidenden Vorteil: Sie könnten sich auf Grund der Herstellungsverfahren als extrem kostengünstig erweisen. Das anvisierte Ziel scheint ehrgeizig: Mehr als ein Dollar pro Test sollte die Schnelldiagnose den Patienten nicht kosten.

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