BAM entwickelt Standards und Normen für Microarrays

Die Ergebnisse sollten vergleichbar sein, egal, ob der Test in Labor A oder Labor B durchgeführt wurde. Eine Untersuchung der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zeigte, dass Tests, die die Microarray-Technologie nutzen, keineswegs immer zu gleichen Ergebnissen führen.

Auf einem Microarray, auch Biochip genannt, können auf einem beschichteten Glasträger viele verschiedene Tests auf einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern durchgeführt werden.

„Doch bisher fehlen entsprechende Standards und Referenzmaterialien“, sagt Paul Dietrich von der BAM. Denn die Beschaffenheit dieser Glasträger könne das Ergebnis beeinflussen.Die Wissenschaftler der BAM haben sich deshalb die einzelnen Schritte bei der Produktion der Microarrays angeschaut und vergleichende Tests durchgeführt und kommen zu dem Ergebnis: Um die Tests mit Microarrays besser nachvollziehen zu können, braucht es Standards und möglichst einen Modellglasträger, der als Referenz dient.

Eingesetzt werden Microarrays derzeit vor allem in der Forschung. Ihr Potential könnte aber auch die Medizin deutlich voranbringen. Denn die Testmethodik ist vergleichsweise preiswert. „Zudem lassen sich Tests mit einem hohen Durchsatz verwirklichen, man spart Zeit, und benötigt nur geringe Mengen an zu testender Ausgangssubstanz. Ein kleiner Bluttropfen oder ein winziges Gewebestück reichen aus“, sagt der Chemiker Dietrich. Ein Schnelltest am Krankenbett oder auch zu Hause wäre in Zukunft dann möglich. Aufgrund fehlender Standards und Kontrollmöglichkeiten sei die Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse aber oft nur eingeschränkt möglich, so Dietrich weiter. Insbesondere für den medizinischen Einsatz sind diese aber notwendig.

Die BAM hat neben eigenen Tests auch einen so genannten Ringversuch mit fünf verschiedenen Laboren durchgeführt. Bei dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützten Projekt hat die BAM mit der Scienion AG, einem auf Microarrays spezialisierten Unternehmen, zusammengearbeitet. Die Labore bekamen bei dem Ringversuch identisch vorbereitete Glasträger als Referenzmaterial, auf dem sich ein kurzer Baustein des Erbgutträgers DNA befand. Im Fachjargon spricht man auch vom Bedrucken der Glasplättchen. Dazu wurde eine Versuchsanleitung mitgeliefert, nach der der Test durchgeführt werden musste. „Trotz identischer Microarrays, einheitlicher Protokolle und Reagenzien waren die Ergebnisse der einzelnen Labore, die sich an renommierten Instituten und Kliniken in Europa befinden, sehr unterschiedlich und lagen teilweise weit außerhalb der Fehlertoleranz“, berichtet Dietrich.

Bei den BAM-eigenen Tests kamen verschiedene Techniken der Oberflächenanalytik zum Einsatz: die Oberflächen der Glasplatten und der Grenzflächen zwischen den einzelnen aufgebrachten Schichten wurden mit der Röntgenphotoelektronenspektroskopie und der Flugzeit-SekundärIonenmassenspektrometrie untersucht. „Mit diesen Techniken ist es möglich, ganz genau auf die ersten zehn Nanometer einer Oberfläche zu schauen“, sagt Dietrich. Nach ihren Untersuchungen empfehlen die Experten den Einsatz von Glasträgern, die nach spezifischen Protokollen gereinigt wurden. Doch worauf muss man dabei achten? Darauf können die Wissenschaftler jetzt eine Antwort geben.

Der Aufbau der Biochips ist meist sehr ähnlich. Der Glasträger wird chemisch beschichtet. Darauf kann dann ein Biomolekül wie ein Zucker-, DNA- oder Proteinbaustein binden. Sie dienen als Fängermolekül für das zum Beispiel im Serum oder Urin des Patienten nachzuweisende Biomolekül. Wie viele Fängermoleküle sich auf der beschichteten Oberfläche befinden, spielt eine Rolle für die Aussagekraft des Tests. Ebenso auch die Lagerung der Biochips. Auch diese beiden Aspekte wurden mittels der spektrometrischen Methoden untersucht.

Das Projekt ist mittlerweile abgeschlossen. Die Arbeiten werden aber in einem von der EU im Rahmen des Europäischen Metrologieforschungsprogramms (EMRP) geförderten Forschungsvorhaben namens „BioSurf“ fortgeführt. An BioSurf beteiligen sich neben der BAM nationale Metrologieinstitute, Biochiphersteller und Anwender. Ein Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Referenzmaterials für ein zuckerbasiertes Microarray.

Kontakt:
Dr rer. nat. Paul Dietrich
Abteilung 6 Materialschutz und Oberflächentechnik
E-Mail: paul.dietrich@bam.de