Wie bei einem Reißverschluß, der langsam zugezogen wird, lagern sich nun an die DNA-Stränge Moleküle, und zwar nur die Moleküle, die genau dorthin passen. Mit dieser Methode lassen sich unter anderem krankhafte Veränderungen des Erbguts erkennen.
Auf der Medica in Düsseldorf wurden einige dieser Tausendsassas vorgestellt.
Die Sepsis, im Volksmund Blutvergiftung, ist ein nicht zu unterschätzendes Problem vor allem auf den Intensivstationen von Krankenhäusern. Seit den Tagen von Ignaz Semmelweiß, der die Gefahr im 19. Jahrhundert als erster erkannte, bekämpfen Mediziner mit vielerlei Mitteln das Auftreten einer solchen Sepsis. Das erstaunliche daran ist, dass die Ärzte bis heute nur wenige Parameter für eine sichere Sepsis-Diagnostik zur Verfügung haben, meint jedenfalls Ralf Kindervater:
Der Patient muss Fieber haben, er hat eine erhöhte Herzfrequenz, er hat eine erhöhte Atemfrequenz und es gibt diese berühmte Rötung, die durch das Aufsteigen der Entzündung in den Lymphgefässen geht. Es gibt heute einzelne Proteinparameter, das ist aber noch nicht ein Bild von dieser Sepsis, sondern da wird dann oft versucht mit starken Antibiotikagaben die Entzündung, den Entzündungsherd zu bekämpfen. Eine Sepsisdiagnostik kompetent, gibt es heute noch nicht. Das steht in jeder Mitteilung der Sepsisgesellschaft drin.
Geht es nach dem Chef der Firma SIRS-Lab, einer Ausgründung aus der Friedrich-Schiller-Universität Jena, dann soll sich das aber bald ändern. Auf der MEDICA präsentierte er den Prototyp eines Biochips zur Sepsisdiagnostik.
Es handelt sich hierbei um einen DNA-Biochip, das heißt wie auf einem Schachbrett sind kurze DNA-Moleküle, sogenannte cDNAs angeheftet. Und wir wissen genau, auf welcher Position dieses Biochip-Schachbretts welche Information ist. Wenn nun genetische Informationen aus einer Blutprobe, nach der entsprechenden Aufarbeitung, auf so ein Schachbrett draufgegeben werden, kommt es an bestimmten Stellen zu einer Wechselwirkung, das ein DNA-Molekül an ein anderes bindet, wie eine Leiter sieht das dann aus und nach einem entsprechenden Färbeschritt sieht man dann einzelne Positionen leuchten.
Insgesamt 480 solcher Gensonden sind auf dem Biochip angebracht. Und an die binden dann Moleküle, die für die Signaltransduktion zwischen Zellen verantwortlich sind. Aus dem unterschiedlichen Leuchten des Schachbrettmusters können die Wissenschaftler dann sozusagen darauf schließen, was die Zellen während einer Entzündung miteinander besprechen. Momentan ist der Biochip noch für die Grundlagenforschung gedacht, doch schon im nächsten Jahr wollen die Biologen aus Jena mit ersten klinischen Tests beginnen. Noch ein bisschen länger wird es wohl dauern, bis der Drogen-Schnelltest per Biochip auf dem Markt ist. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für biomedizinische Technik in Bergholz-Rehbrücke wollen den in den nächsten zwei Jahren entwickeln. Der Chip soll so empfindlich sein, dass er selbst winzigste Konzentrationen von nur vier Nanogramm Haschisch pro Milliliter Speichel nachweisen kann - das sind 0,000 000 004 Gramm. Das ist alles andere als eine triviale Aufgabe, zumal der Haschisch-Wirkstoff Tetrahydrocannabinol im Testgerät nur schwer nachweisbar ist ...
... weil die Moleküle zwar in den Flüssigkeiten da sind, aber nur sehr schwer aufzufinden sind, weil sie aus der Flüssigkeit rausgehen, sie hängen sich an die Wände auf oder an andere Sachen, so dass (man) in dem Zeitpunkt, wo man misst oft gar nix mehr da ist. Und das Molekül halt einzufangen und zu der Strecke zu transportieren, wo dann gemessen wird, das ist eigentlich die große Aufgabe dabei.
Berthold Walter, Geschäftsführer der Magdeburger Firma EKF-Diagnostik, die gemeinsam mit den Fraunhofer-Forschern an der Entwicklung des Schnelltest per Biochip arbeitet, ist dennoch optimistisch das Problem lösen zu können. Das sieht auch das Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft so, dass das Projekt auf der MEDICA mit dem Innovationspreis Medizintechnik auszeichnete. Die Beispiele der Biochips aus Jena und Magdeburg zeigen, dass diese Labore im Miniformat, die Diagnose in vielen Fällen erleichtern können. Doch manche Wissenschaftler denken schon weiter, wie zum Beispiel Professor Christopher Puremba, der an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Krebserkrankungen bei Kindern erforscht:
Die Biochips sind im Moment ein Hilfsmittel in der Diagnostik. (das heißt es ersetzt nicht den Arzt in der Klinik oder auch nicht den Arzt in der Pathologie, um für mein Fach zu sprechen) Aber die Biochips geben uns gewisse Potentiale. Wenn wir zum Beispiel einen Tumor haben (bleiben wir beim Beispiel der kindlichen Krebserkrangungen) dann sind diese Tumoren häufig von ihrem klinischen Erscheinungsbild, als auch von ihrem mikroskopischen Bild sehr ähnlich. (Jetzt gibt es natürlich auch schon konventionelle Techniken, die ü ber viele Jahre ... limitiert) Und da versprech ich mir von den Biochips das wir eben in einem einzigen Versuchsansatz wesentlich mehr Daten gewinnen können, innerhalb weniger Tage, wo man sonst Monate bis Jahre gebraucht hätte oder es auch gar nicht hätte nachweisen können, um einmal den Tumor noch genauer zu klassifizieren, als die klinischen und histologischen Aspekte das jetzt erlauben. Und zum anderen und das ist sicherlich auch eine sehr wichtige Anwendung, um zu einer spezifischen Therapie zu kommen.
Denn, so Christopher Purembas Hoffnung, wenn man durch die Biochip-Diagnose erst einmal wisse, wie die Signalwege in der Tumorzelle sind, dann könne man diese auch gezielt und patientenspezifisch unterbrechen, statt wie bei einer klassischen Chemotherapie ziellos zahlreiche Zellen zu zerstören. Doch bis es einmal so weit ist, sind sicher noch viele Forschungen erforderlich.
Auf der Medica in Düsseldorf wurden einige dieser Tausendsassas vorgestellt.
Die Sepsis, im Volksmund Blutvergiftung, ist ein nicht zu unterschätzendes Problem vor allem auf den Intensivstationen von Krankenhäusern. Seit den Tagen von Ignaz Semmelweiß, der die Gefahr im 19. Jahrhundert als erster erkannte, bekämpfen Mediziner mit vielerlei Mitteln das Auftreten einer solchen Sepsis. Das erstaunliche daran ist, dass die Ärzte bis heute nur wenige Parameter für eine sichere Sepsis-Diagnostik zur Verfügung haben, meint jedenfalls Ralf Kindervater:
Der Patient muss Fieber haben, er hat eine erhöhte Herzfrequenz, er hat eine erhöhte Atemfrequenz und es gibt diese berühmte Rötung, die durch das Aufsteigen der Entzündung in den Lymphgefässen geht. Es gibt heute einzelne Proteinparameter, das ist aber noch nicht ein Bild von dieser Sepsis, sondern da wird dann oft versucht mit starken Antibiotikagaben die Entzündung, den Entzündungsherd zu bekämpfen. Eine Sepsisdiagnostik kompetent, gibt es heute noch nicht. Das steht in jeder Mitteilung der Sepsisgesellschaft drin.
Geht es nach dem Chef der Firma SIRS-Lab, einer Ausgründung aus der Friedrich-Schiller-Universität Jena, dann soll sich das aber bald ändern. Auf der MEDICA präsentierte er den Prototyp eines Biochips zur Sepsisdiagnostik.
Es handelt sich hierbei um einen DNA-Biochip, das heißt wie auf einem Schachbrett sind kurze DNA-Moleküle, sogenannte cDNAs angeheftet. Und wir wissen genau, auf welcher Position dieses Biochip-Schachbretts welche Information ist. Wenn nun genetische Informationen aus einer Blutprobe, nach der entsprechenden Aufarbeitung, auf so ein Schachbrett draufgegeben werden, kommt es an bestimmten Stellen zu einer Wechselwirkung, das ein DNA-Molekül an ein anderes bindet, wie eine Leiter sieht das dann aus und nach einem entsprechenden Färbeschritt sieht man dann einzelne Positionen leuchten.
Insgesamt 480 solcher Gensonden sind auf dem Biochip angebracht. Und an die binden dann Moleküle, die für die Signaltransduktion zwischen Zellen verantwortlich sind. Aus dem unterschiedlichen Leuchten des Schachbrettmusters können die Wissenschaftler dann sozusagen darauf schließen, was die Zellen während einer Entzündung miteinander besprechen. Momentan ist der Biochip noch für die Grundlagenforschung gedacht, doch schon im nächsten Jahr wollen die Biologen aus Jena mit ersten klinischen Tests beginnen. Noch ein bisschen länger wird es wohl dauern, bis der Drogen-Schnelltest per Biochip auf dem Markt ist. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für biomedizinische Technik in Bergholz-Rehbrücke wollen den in den nächsten zwei Jahren entwickeln. Der Chip soll so empfindlich sein, dass er selbst winzigste Konzentrationen von nur vier Nanogramm Haschisch pro Milliliter Speichel nachweisen kann - das sind 0,000 000 004 Gramm. Das ist alles andere als eine triviale Aufgabe, zumal der Haschisch-Wirkstoff Tetrahydrocannabinol im Testgerät nur schwer nachweisbar ist ...
... weil die Moleküle zwar in den Flüssigkeiten da sind, aber nur sehr schwer aufzufinden sind, weil sie aus der Flüssigkeit rausgehen, sie hängen sich an die Wände auf oder an andere Sachen, so dass (man) in dem Zeitpunkt, wo man misst oft gar nix mehr da ist. Und das Molekül halt einzufangen und zu der Strecke zu transportieren, wo dann gemessen wird, das ist eigentlich die große Aufgabe dabei.
Berthold Walter, Geschäftsführer der Magdeburger Firma EKF-Diagnostik, die gemeinsam mit den Fraunhofer-Forschern an der Entwicklung des Schnelltest per Biochip arbeitet, ist dennoch optimistisch das Problem lösen zu können. Das sieht auch das Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft so, dass das Projekt auf der MEDICA mit dem Innovationspreis Medizintechnik auszeichnete. Die Beispiele der Biochips aus Jena und Magdeburg zeigen, dass diese Labore im Miniformat, die Diagnose in vielen Fällen erleichtern können. Doch manche Wissenschaftler denken schon weiter, wie zum Beispiel Professor Christopher Puremba, der an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Krebserkrankungen bei Kindern erforscht:
Die Biochips sind im Moment ein Hilfsmittel in der Diagnostik. (das heißt es ersetzt nicht den Arzt in der Klinik oder auch nicht den Arzt in der Pathologie, um für mein Fach zu sprechen) Aber die Biochips geben uns gewisse Potentiale. Wenn wir zum Beispiel einen Tumor haben (bleiben wir beim Beispiel der kindlichen Krebserkrangungen) dann sind diese Tumoren häufig von ihrem klinischen Erscheinungsbild, als auch von ihrem mikroskopischen Bild sehr ähnlich. (Jetzt gibt es natürlich auch schon konventionelle Techniken, die ü ber viele Jahre ... limitiert) Und da versprech ich mir von den Biochips das wir eben in einem einzigen Versuchsansatz wesentlich mehr Daten gewinnen können, innerhalb weniger Tage, wo man sonst Monate bis Jahre gebraucht hätte oder es auch gar nicht hätte nachweisen können, um einmal den Tumor noch genauer zu klassifizieren, als die klinischen und histologischen Aspekte das jetzt erlauben. Und zum anderen und das ist sicherlich auch eine sehr wichtige Anwendung, um zu einer spezifischen Therapie zu kommen.
Denn, so Christopher Purembas Hoffnung, wenn man durch die Biochip-Diagnose erst einmal wisse, wie die Signalwege in der Tumorzelle sind, dann könne man diese auch gezielt und patientenspezifisch unterbrechen, statt wie bei einer klassischen Chemotherapie ziellos zahlreiche Zellen zu zerstören. Doch bis es einmal so weit ist, sind sicher noch viele Forschungen erforderlich.