Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Minilabor für die Krebsdiagnose

15.10.2009
Wissenschaftler der TU München entwickeln Sensor-Biochips

Ob ein Krebsmedikament einem einzelnen Patienten wirklich hilft, lässt sich kaum vorhersagen: Nur etwa jedes dritte Medikament schlägt direkt an.

Forscher am Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik der Technischen Universität München (TUM) haben jetzt ein neues Testverfahren für Krebsmedikamente entwickelt: Mit Hilfe von Mikrochips können sie im Labor feststellen, ob Tumorzellen eines Patienten auf ein Medikament reagieren. In Zukunft könnte der Chip dabei helfen, innerhalb kurzer Zeit das wirksamste Medikament für jeden einzelnen Patienten zu bestimmen.

Laut Deutschem Krebsforschungszentrum Heidelberg erkranken in Deutschland alljährlich etwa 450.000 Menschen an Krebs. In der westlichen Welt ist Krebs die zweithäufigste Todesursache. Zwar stehen den behandelnden Ärzten heute zahlreiche Krebsmedikamente zur Verfügung, doch muss die Therapie genau zum Patienten und zur jeweiligen Krebsart passen, um möglichst wirksam zu sein. Wenn hingegen erst das zweite oder dritte Krebsmedikament anschlägt, verliert der Patient kostbare Zeit, in welcher der Tumor weiterwachsen kann.

Schnelle Hilfe könnten in Zukunft Labors in Miniaturgröße bieten. Ein Labor auf einem Chip (englisch: Lab-on-a-chip) ist ein nur wenige Millimeter großes Plättchen aus beispielsweise Glas, auf dem bioelektronische Sensoren die Vitalität lebender Zellen überwachen. Die Chips sitzen in kleinen Mulden so genannter Mikrotiterplatten und werden mit Tumorzellen eines Patienten bedeckt. Ein Roboter wechselt im Abstand weniger Minuten die Nährflüssigkeit in jeder Mulde mit Chip. Die Mikrosensoren auf dem Chip ermitteln unter anderem Änderungen beim Säuregehalt des Mediums und Sauerstoffverbrauch der Zellen, ein unter der Mikrotiterplatte angebrachtes Mikroskop nimmt zusätzlich Bilder auf. Alle Daten laufen in einem angeschlossenen Computer zusammen, der damit eine Übersicht über die Stoffwechselaktivitäten der Tumorzellen und ihrer Vitalität liefert.

Roboter und Mikrotiterplatte befinden sich in einer Klimakammer, die mit exakt geregelter Temperatur und Luftfeuchtigkeit eine dem menschlichen Körper ähnliche Umgebung schafft und die Tumorzellen vor äußeren Einflüssen schützt, welche die Untersuchungsergebnisse verfälschen könnten.

Nachdem sich die Tumorzellen einige Stunden lang ungestört teilen konnten, trägt der Roboter einen Krebswirkstoff auf. Nimmt ihre Stoffwechselaktivität in den folgenden ein bis zwei Tagen ab, konnte der Wirkstoff die Tumorzellen abtöten: Das Medikament wirkt. 24 Wirkstoffe oder Wirkstoffkombinationen können auf diese Weise mit den Mikrochips gleichzeitig untersucht werden.

Dabei spielt nicht nur der Zeitgewinn für die Patienten eine Rolle. Dr. Helmut Grothe, Wissenschaftler am Heinz Nixdorf-Lehrstuhl der TUM erklärt: "Manchmal führt die Therapie mit einem nicht wirksamen Krebsmedikament beim Patienten zu Resistenzen gegenüber anderen Medikamenten." Auch solche Resistenzen der Tumorzellen lassen sich mit dem Sensorchip frühzeitig feststellen.

Ein weiterer Vorteil des Systems besteht in der Automatisierung: Der Roboter arbeitet präziser und schneller, als es einem Menschen möglich wäre, und liefert so Ergebnisse innerhalb kurzer Zeit, was wiederum Kosten spart. Die Möglichkeit, an Tumorzellen mehrere Wirkstoffe gleichzeitig zu testen, erleichtert zudem die Suche nach effektiven Wirkstoffen für die individuell auf jeden Patienten abgestimmte Krebstherapie. Pharmaunternehmen könnten den Sensorchip in Zukunft einsetzen, um neue Medikamente zu entwickeln.

Im Rahmen eines weiteren Forschungsprojektes entwickeln die Wissenschaftler des Lehrstuhls einen Sensorchip, der das Tumorwachstum gezielt kontrollieren soll. Der Chip, der einmal in der Nähe des Tumors implantiert werden soll, könnte Krebsmedikamente oder Schmerzmittel nur dann abgeben, wenn der Tumor wächst. Elektrische Impulse steuern die Wirkstoffabgabe. Das Sensorsystem könnte bei inoperablen Tumoren zum Einsatz kommen, zum Beispiel an der Bauchspeicheldrüse.

In der Vergangenheit wurden am Heinz Nixdorf-Lehrstuhl der TUM bereits Mikrochips für verschiedene Forschungsbereiche entwickelt, etwa für die Analyse der Wasserqualität von Bächen und Flüssen. Hier entnimmt eine kleine Pumpe dem Gewässer in regelmäßigen Abständen Proben und leitet sie über einen Schlauch auf einen mit Algen bepflanzten Sensorchip. Da Algen gegenüber Giftstoffen sehr empfindlich sind, eignen sie sich besonders zur Wasseranalyse und reagieren bereits auf kleinste Verunreinigungen: In weniger als einer Minute geht ihre Stoffwechselaktivität, die anhand der Sauerstoffproduktion gemessen wird, dann zurück. Ein Handy leitet die ermittelten Daten an einen Computer weiter, der Alarm schlägt. Für das Frühwarnsystem gewann das TUM-Forscherteam den E.ON Umweltpreis 2008.

Kontakt:
Lehrstuhl für Medizinische Elektronik
Leiter Technologie
Dr.-Ing. Helmut Grothe
Tel. 089 289 22949
E-Mail: grothe@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://portal.mytum.de/welcome

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie