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StartseiteForschung aktuellMessstation unter der Haut09.04.2014

MedizinMessstation unter der Haut

Pulsmessgeräte zählen heute fast schon zur Grundausstattung des modernen Freizeitsportlers. Andere Merkmale des Körpers sind schwieriger abzugreifen als der Herzschlag. Doch selbst Sensoren, die in Echtzeit die Blutwerte ermitteln, werden immer wahrscheinlicher.

Von Martina Preiner

Ein Blutstropfen auf einem Finger. (picture alliance / dpa)
Das Blutbild in Echtzeit ist ein Traum der Mediziner (picture alliance / dpa)

"Es ist wie eine Tablette im Leckerli eines Hundes zu verstecken. Wenn der Hund es nicht sieht, isst er das Leckerli und kümmert sich nicht um die Tablette darin. Kurzum: Man kann alles verabreichen, solange der Körper es nicht als fremd erkennt."

Und was beim Hund funktioniert, so Nicole Iverson vom Massachusetts Institute of Technology, müsste auch mit dem menschlichen Immunsystem klappen. Allerdings will sie keine bitteren Pillen in den Körper schmuggeln, sondern Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die als Biosensoren eingesetzt werden sollen. Als "Leckerli" benutzt sie dafür DNA-Stränge, die sich um die Nanoröhrchen wickeln. Die DNA dient einerseits als Tarn- und Schutzkleidung, denn das Immunsystem würde die Röhrchen sonst als Fremdkörper erkennen und bekämpfen. Andererseits fungiert das zweckentfremdete Erbgut als eine Falle mit maßgeschneidertem Köder für die unterschiedlichsten Moleküle im Körper.

"Durch das Design der DNA, die wir um das Röhrchen wickeln, können wir bestimmen, was für ein Molekül genau an unserem Röhrchen hängen bleibt. Die passende DNA-Sequenz für ein bestimmtes Molekül zu finden, ist ein zeitraubender Prozess - Kollegen von mir stellen verschiedene DNA-Stränge her und probieren dann, ob ausschließlich das Teilchen unserer Wahl hängen bleibt. Ich bin ganz froh, dass ich diese Arbeit nicht übernehmen muss."

Werden die Nanoröhrchen mit einem Laser bestrahlt, geben sie anschließend Licht geringerer Energie ab, das auch außerhalb des Körpers registriert werden kann. Binden jetzt ein oder mehrere Moleküle an die Röhrchen, nimmt die Intensität der Fluoreszenz messbar ab. Durch dieses sogenannte Quenching erhält man Informationen über die Konzentration der gesuchten Moleküle.

Im Reagenzglas funktionierte das alles schon ganz gut, aber der Biosensor muss auch langfristig zuverlässig im Körper sitzen. Um das zu testen, bettete Iverson eine bestimmte Menge Röhrchen in ein Gelkissen ein, das sie Mäusen unter die Haut verpflanzte. Selbst nach über einem Jahr konnte sie so mithilfe eines Lasers noch Daten aus den Sensoren generieren.

"Wir konnten über den ganzen Zeitraum in keinem Organ der Mäuse Entzündungen feststellen."

Der Sensor im Tattoo

Die DNA-Röhrchen-Kombination hielt also auch über einen langen Zeitraum. Das Gel und die Tatsache, dass die Technik zumindest im Mausmodell funktioniert, ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt hin zum eigentlichen Ziel des Teams von Nicole Iverson: ein Sensor-Tattoo für Menschen, die von einer stetigen Beobachtung ihrer Blutwerte profitieren können. Dafür werden mit Nanoröhrchen versetzte Geltropfen unter die Haut gespritzt und ein armbandartiges Messgerät misst die aktuelle Konzentration von bestimmten Bestandteilen des Blutes. Schon vor Jahren kündigte Iversons Mentor Michael Strano diese Messstation als potenzielles Blutzuckermessgerät an, doch lange Zeit kamen die Forscher nicht über ein Gedankenexperiment hinaus.

Im Labor experimentieren die Chemiker um Iverson inzwischen vor allem mit Stickstoffmonoxid, chemisch NO. NO ist ein Indikator für Entzündungsreaktionen im Körper und oftmals Vorbote für Krebserkrankungen. Ein Anstieg an Stickstoffmonoxid kann beispielsweise ein Zeichen für eine Wiedererkrankung sein, bevor ein Tumor sichtbar ist. Aber:

"Entzündungen kann man überall haben, aufgrund verschiedenster Pathologien. Zudem könnte man niemals sagen, um welche Krebsart es sich handelt. Es ist eine zu allgemeine Reaktion."

Forschern wie Esmerina Tili von der Ohio State University ist die Messung der NO-Konzentration zur Diagnose von Tumoren viel zu unspezifisch. So beschäftigt sie sich seit Jahren mit andern molekularen Krebs-Vorboten: microRNA - DNA-artige Moleküle, die von Krebszellen in den Blutkreislauf abgesondert werden. Mit dem passenden Köder könnten die Kohlenstoff-Nanoröhrchen auch Sensoren für die microRNA-Stränge sein. Dazu muss der richtige Köder aber auch erst gefunden werden.

 

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