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 Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik