Biosensoren im Dienste der Krebsdiagnose
Gängige molekularbasierte Assays für die Routinediagnose von Krebs sind entweder von geringer Sensitivität oder eignen sich nur für fortgeschrittene Stadien der Erkrankung. Aus dem Grund werden nun neue Werkzeuge eingesetzt, die das molekulare Profil von Tumoren auf genetischer, epigenetischer, transkriptomischer und Proteinebene auswerten. Deren Komplexität und Kosten haben jedoch bislang einen routinemäßigen Einsatz in der klinischen Diagnostik erschwert. Ziel des EU-finanzierten Projekts SMARTCANCERSENS(öffnet in neuem Fenster) war die Koordinierung der Zusammenarbeit von europäischen und internationalen Partnern, um die Einführung neuartiger Methoden zum Nachweis spezifischer Biomarker zu ermöglichen. Die Idee bestand darin, für medizinische Laboratorien geeignete sensible Vorrichtungen auf Grundlage nanostrukturierter elektronischer Sensoren zu entwickeln. Die Geräte sollen verschiedene Biomarker einschließlich kleiner Moleküle, Metallionen, Enzyme und mit Krebs in Verbindung stehende Proteine nachweisen können. Zu Beginn des Projekts konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Immobilisierung von Bio- und Nanomaterialien auf verschiedenen leitenden Flächen. Dabei ging es um die Anbringung, Ablagerung und Vernetzung etlicher innovativer Materialien auf Wandlern mit anschließender Optimierung analytischer Parameter (Empfindlichkeit, Selektivität). Die chemische oder enzymatische Umwandlung am Sensor erfolgt proportional zur Zielmolekülkonzentration in der biologischen Probe. Das Team testete und optimierte die Empfindlichkeit, Spezifität, den dynamischen Bereich der Reaktion, die Zuverlässigkeit und die Betriebsstabilität der Geräte. Um die Empfindlichkeit des elektronischen Sensorausgangs zu erhöhen, wurden nanometerkleine Erkennungsmembranen entwickelt. Anhand des als Modell dienenden therapeutischen Wirkstoffs Tamoxifen untersuchten die Forscher die Möglichkeit der Überwachung des Therapeutikums unter Einsatz von Mobiltelefonschnittstellen für Chemosensorik. Sie bewerteten außerdem die Realisierbarkeit des lokalen Nachweises von Krebszellen auf Basis einer selektiven Bindung an einem Aptasensor, gefolgt von einer markierungsfreien Detektion. Im Rahmen der SMARTCANCERSENS-Studie hat man Vorrichtungen gebaut, die für eine Anzahl biomedizinischer Anwendungen einschließlich Arzneimittelspiegelüberwachung (therapeutic drug monitoring) eingesetzt werden konnten. Sie verfügen über das Potenzial, existierende zeit- und arbeitsintensive klinische Tests zu ergänzen sowie die Probenanalyse um einiges zu beschleunigen. Aber vor allem sollen sie eine genaue Diagnose erleichtern.
