Krebs früh erkennen

Je früher der Arzt einen Tumor erkennt, desto besser sind die Heilungschancen für den Patienten. Ein neues Testsystem soll künftig helfen, die Krankheit bereits im Anfangsstadium zu erkennen. Basis der Technologie ist ein Mikrofluidikchip: Auf ihm befinden sich winzige Kanäle, in denen eine Blutprobe des Patienten zirkuliert.

Der Chip spürt Markerproteine auf, die für eine Krebserkrankung charakteristisch sind. Die gemessene Konzentration, in der sich solche Tumormarker im Blut des Patienten befinden, soll Ärzten helfen, Erkrankungen frühzeitig zu diagnostizieren. Ähnliche Testsysteme gibt es, diese messen jedoch nicht allzu genau und benötigen eine größere Anzahl an Molekülen im Blut, um Tumormarker nachzuweisen. Zudem müssen die Tests im Labor durchgeführt werden, was zeit- und kostenintensiv ist.

Ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördertes Verbundprojekt, koordiniert vom Fraunhofer Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, soll hier Abhilfe schaffen. Das Herzstück des neuen Sensors – biofunktionalisierte Nanopartikel – entwickeln Forscher am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC. »Wir haben die Nachweisgrenze gegenüber dem Stand der Technik um einen Faktor hundert verbessert«, sagt Dr. Jörn Probst, Geschäftsfeldleiter am ISC. »Brauchte man zum Nachweisen von Tumormarkern in einer bestimmten Blutmenge bisher hundert Moleküle, so reicht uns eines. Auf diese Weise lassen sich Krankheiten viel früher erkennen, als das mit bisherigen Methoden möglich ist.«

Doch wie registriert der im Chip integrierte Biosensor die wenigen im Blut umherschwimmenden Biomoleküle, die für eine bestimmte Krankheit charakteristisch sind? »Auf der Sensorelektrode haben wir antikörperbesetzte Nanopartikel fixiert, die die gesuchten Proteine gezielt herausfischen. Dazu pumpen wir das Blut immer wieder an der Elektrodenoberfläche vorbei. Ähnlich wie bei einem Fluss ist die Strömung in der Kanalmitte am größten, am Ufer ist das Wasser langsamer. Daher haben wir eine Art Angel aus Nanopartikeln gebaut, die die Antikörper in der Mitte des Blutstroms registriert, wo die meisten Proteine pro Zeiteinheit vorbeischwimmen.« Hat ein Antikörper das passende Protein, einen Tumormarker, gefangen, verschiebt sich die elektrische Ladungsverteilung. Dies erkennt die Elektrode.

Die Forschergruppen entwickeln jetzt einen Demonstrator, der vier Biosensoren vereint, die auf einzelne Moleküle reagieren. Zudem arbeiten die Experten daran, mehrere Tumormarker gleichzeitig nachzuweisen. In einigen Jahren wird das System auf den Markt kommen.