Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Winziger Sensor könnte Krebserkrankung schnell erkennen und überwachen

23.07.2014

Eine Erfindung aus Kassel könnte die Diagnostik von Krebserkrankungen und anderen Leiden vereinfachen, beschleunigen und kostengünstiger und exakter als bisherige Verfahren gestalten.

Physiker und Biochemiker der Universität haben eine neuartige Technikplattform entwickelt, die mithilfe von „Fängermolekülen“ , einem durch Magnetfelder und magnetisierte kleinste Partikel gesteuerten Reinigungs- und Transportsystem sowie einem Sensor Indikatoren für das Vorhandensein eines bösartigen Tumors aus Blut oder Gewebeschnitten genau analysieren kann. Darauf haben die Wissenschaftler bereits ein europäisches Patent beantragt.


Diplom-Nanowissenschaftler Dennis Holzinger bereitet einen Versuch mit dem neuartigen Analysechip vor. Er platziert ihn auf den Träger eines Elektromagneten, der das magnetische Kraftfeld zur Steuerung der zu untersuchenden Flüssigkeit auf dem Chip aufbaut. Mit einem Mikroskop (Mitte) kann Holzinger den Verlauf des Versuchs beobachten. Foto: Dilling/Uni Kassel

Bei der Erkennung von Krebserkrankungen spielen sogenannte Biomarker eine große Rolle. Das sind Biomoleküle, die auf das Vorhandensein eines bösartigen Tumors hindeuten, wenn sie in einer bestimmten Menge vorliegen.

Dazu zählen beispielsweise HER2, das bestimmte Brustkrebsarten indizieren kann, und das Oberflächenprotein EpCAM, das bei Epithelzellentumoren verstärkt auftritt. Mithilfe von Antikörpern können diese Moleküle heute bereits detektiert werden. Doch das ist zeit- und kostenaufwändig. Die Analyse der Proben erfolgt in großen Labors.

Hier soll die Entwicklung aus Kassel vieles vereinfachen. Ihre neuartige Technikplattform wollen die Wissenschaftler auf einem nur zwei Zentimeter großen, batteriebetriebenen Diagnose-Chip unterbringen, der ambulant und sogar vom Patienten selbst bedient werden könnte.

Das ist zwar noch Zukunftsmusik. Doch innerhalb von drei Jahren könnte mit den Ergebnissen dieser Grundlagenforschung ein Prototyp gebaut werden, schätzt Prof. Dr. Arno Ehresmann vom Institut für Physik der Universität Kassel.

Er arbeitet bei der Entwicklung des Sensorsystems mit Prof. Dr. Friedrich Herberg vom Institut für Biologie/Biochemie und dem Biochemiker Prof. Dr. Andreas Plückthun von der Universität Zürich zusammen. Ist der Sensor erst marktreif, könnte beispielsweise der Chirurg schon während einer Krebsoperation untersuchen, ob er sämtliches Tumorgewebe entfernt hat, erläutert Prof. Ehresmann.

Gemeinsam haben die drei Wissenschaftler die Grundlagen für die drei Komponenten der Erfindung entwickelt: Prof. Plückthun „baut“ im Labor maßgeschneiderte Fängermoleküle, so genannte DARPins, spezielle, robuste Proteine, die in der Lage sind, Krebs-Biomarker besonders fest an sich zu binden. Prof. Herberg zeichnet für die komplexe Chemie zum Anhängen der Fängermoleküle an magnetische Partikel verantwortlich.

Prof. Ehresmann hat das Transportsystem entwickelt, welches dafür sorgt, dass genügend analysefähiges Material aus der zu untersuchenden Körperflüssigkeit zum Sensor transportiert wird. 0,5 bis 2 Mikrometer kleine magnetisierte Polymerpartikel, in die magnetische Eisenoxidkörnchen eingebettet sind, werden durch ein wechselndes Magnetfeld fortbewegt und gesteuert. Sie dienen den Fängermolekülen, an die die Biomarker angedockt haben, als Vehikel auf ihrem Weg zum Sensor.

Dieser Transportprozess war die besondere Herausforderung für den Wissenschaftler. Denn die zu detektierenden Biomarker sind im Blut nicht gleichmäßig, sondern eher zufällig verteilt. Außerdem verursachen eine Vielzahl anderer Proteine und Moleküle beim Analysevorgang ein „Hintergrundrauschen“, das das Signal der gesuchten Biomarker überdeckt. Weiterhin verklumpen magnetische Partikel, weil sie sich gegenseitig anziehen. Alle drei Probleme hat Ehresmann gelöst. Er nutzt den sogenannten Superparamagnetismus, um die wechselnde magnetische Ausrichtung dieser Teilchen zu steuern und ein Verklumpen zu verhindern.

Die bewegten Partikel sorgen für eine Verwirbelung der zu analysierenden Flüssigkeit und erleichtern so das Andocken von Biomarkern an die Fängermoleküle. Horizontal gestapelte, dünne Schichten aus teilweise magnetisiertem Nanomaterial sorgen für ein magnetisches Kraftfeld, das die zu untersuchenden Molekül-Partikel-Gespanne wie in einem Geleitzug gleichmäßig zur Sensoroberfläche lenkt. Während dieser „Reise“ durchwandern sie mehrere parallel angeordnete streifenförmige Flüssigkeitskanäle, in denen Bestandteile, die die Analyse verfälschen können, nach und nach aus der Flüssigkeit gewissermaßen ausgewaschen werden.

Für den Bau eines Prototyps sind noch hohe Investitionen notwendig. Ehresmann und seine Kollegen prüfen zurzeit, ob die Gründung eines Spin-Off-Unternehmens für die Vermarktung des Sensors geeignet ist, oder ob ein mittelständisches Unternehmen diese vielversprechende Technologie in ein Produkt umsetzt. Ehresmann ist ebenfalls an weiteren Kooperationen mit Ärzten interessiert, damit die vielfältig einsetzbare Technologie zielgerichtet ausdifferenziert werden kann. Die Forscher haben sich mit ihrem Projekt außerdem um Fördermittel aus dem europäischen Forschungsprogramm „Personalising health and care“ (PHC10) beworben, das die Entwicklung neuer Diagnosemethoden und –geräte zum Ziel hat. 

Kontakt:
Prof. Dr. Arno Ehresmann
Universität Kassel
Fachgebiet Dünne Schichten und Synchrotronstrahlungen
Tel: +49 561 804-4061
E-Mail: ehresmann@physik.uni-kassel.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-kassel.de/uni/nc/universitaet/nachrichten/article/winziger-sensor...

Sebastian Mense | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Wirkt die Biomechanische Stimulation?
21.02.2018 | Hochschule Offenburg, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Medien

nachricht Gefäßprothesen aus dem Bioreaktor
19.02.2018 | Leibniz Universität Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics