Kleiner Diagnosechip diagnostiziert Krebszellen noch während der OP
Ein nur zwei Zentimeter kleiner Diagnosechip könnte künftig eine Revolution in der Krebsdiagnostik bedeuten. Der Chip ermöglicht dank einer Sensortechnik eine schnelle Diagnose von Gewebe. Ärzte könnten sogar während einer Operation untersuchen, ob sie das gesamte Tumorgewebe entfernt haben.
Diplom-Nanowissenschaftler Dennis Holzinger bereitet einen Versuch mit dem neuartigen Analysechip vor, der Krebszellen aufspüren kann. Er platziert ihn auf den Träger eines Elektromagneten, der das magnetische Kraftfeld zur Steuerung der zu untersuchenden Flüssigkeit auf dem Chip aufbaut.
Foto: Uni Kassel/Dilling
Eine schnelle Diagnose ist für Krebspatienten von großer Wichtigkeit, damit der Arzt entsprechend reagieren und mit der passenden Behandlung beginnen kann. Antikörper können bestimmte Biomoleküle erkennen und auf Krebserkrankungen hinweisen.Weitere Methoden der Diagnostik sind die Endoskopie, bildgebende Verfahren sowie Gewebe- und Laboruntersuchungen.
Chip kann während der OP zur sofortigen Diagnose eingesetzt werden
Künftig können Chirurgen möglicherweise schon während einer Operation kontrollieren, ob sie das gesamte Tumorgewebe herausgeschnitten haben. Denn Kasseler Wissenschaftler haben jetzt eine völlig neue Methode entwickelt, mit der Tumore schneller und kostengünstiger erkannt werden können.
Die Physiker und Biochemiker haben die notwendige Analysetechnik auf einem nur zwei Zentimeter großen Chip untergebracht. Der Chip kann mithilfe von Sensoren und Magnetfeldern Indikatoren für das Vorhandensein eines bösartigen Tumors aus Blut oder Gewebeschnitten genau analysieren. Dabei lässt sich der Chip, der von einer kleinen Batterie mit Energie versorgt wird, sogar ambulant und damit eben während einer Operation einsetzen.
Noch arbeiten die Forscher an den Grundlagen ihrer Erfindung, die zum Patent angemeldet ist. Aber in drei Jahren soll der Chip marktreif sein, hoffen das Forscherteam aus Prof. Arno Ehresmann vom Institut für Physik der Universität Kassel, Prof. Friedrich Herberg vom Institut für Biologie/Biochemie und Prof. Andreas Plückthun, Biochemiker an der Universität Zürich,
Fängermoleküle binden Biomarker besonders fest
Der Diagnosechip setzt sich aus drei verschiedenen Komponenten zusammen. Die sogenannten Fängermoleküle, die die Krebs-Biomarker einsammeln, hat der Züricher Prof. Plückthun Zürich entwickelt. Dabei handelt es sich um spezielle Proteine, auch DARPins genannt, die Biomarker einsammeln, in dem sie diese besonders fest an sich binden.
Bei einer Krebsoperation können die Mediziner künftig noch während der OP prüfen, ob sie das gesamte Tumorgewebe entfernt haben. Forscher der Uni Kassel haben dazu einen Analysechip entwickelt, der Tumorzellen aufspüren kann.
Quelle: dpa/Oliver Berg
Dieser Vorgang funktioniert dank der von Prof. Herberg entwickelten Chemie für das Anhängen der Fängermoleküle an die magnetischen Partikel, die der Chip enthält.
Transportsystem bringt Körperflüssigkeit zum Sensor
Prof. Ehresmann hat das Transportsystem entwickelt, das das zu untersuchende Material zum Sensor leitet. Unglaublich winzige 0,5 bis 2 Mikrometer kleine magnetisierte Polymerpartikel steuern und bewegen die zu analysierende Körperflüssigkeit zum Sensor. Magnetische Eisenoxidkörnchen sind für die Steuerung durch das wechselnde Magnetfeld zuständig.
Das Transportsystem stellte eine besondere Herausforderung dar. Denn ungleichmäßig verteilte Biomarker im Blut sowie Störungen durch Proteine und Moleküle im Blut – die Forscher sprechen von Hintergrundrauschen – erschwerten die Analyse. Hinzu kommt noch das Verklumpen der magnetischen Partikel durch die gegenseitige Anziehungskraft.
Superparamagnetismus ermöglicht den Transport
Doch Ehresmann löste das Problem mit dem Superparamagnetismus. Dieser verwirbelt die sich bewegenden Partikel, so dass diese leichter an den Fängermolekülen andocken können. Die zu analysierenden Molekülpartikel werden gleichmäßig gelenkt, da mithilfe horizontal gestapelter Schichten aus Nanomaterial ein magnetisches Kraftfeld aufgebaut werden konnte. Auf dem Transportweg zur Analyse werden zu guter letzt noch eventuell verfälschende Stoffe in Flüssigkeitskanälen ausgewaschen.
Aufgrund der hohen Investitionen prüfen die drei Wissenschaftler derzeit die Gründung eines Spin-Off-Unternehmens oder die Umsetzung des Diagnosechips gemeinsam mit einem mittelständischen Unternehmen.
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