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Lab-on-Chip für frühzeitige Alzheimer- und Parkinson-Diagnose

Ein vielseitiges, kostengünstiges Instrument kann neurodegenerative Erkrankungen in leicht zugänglichen Körperflüssigkeiten nachweisen.

Gesundheit

Die Alzheimer- und die Parkinson-Krankheit sind die beiden häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen weltweit. Als schwere Nervenerkrankungen sind sie meist unheilbar und betreffen vorrangig Menschen im höheren Alter. Trotzdem kann eine frühe Diagnose dieser und anderer Krankheiten die Verschlechterung der Symptomatik verhindern und damit das Behandlungsergebnis für die Betroffenen verbessern. Aus derzeitigen diagnostischen Ansätzen stechen zwei Strategien hervor: zum einen der PET-Scan des Gehirns, um Ablagerungen des krankheitsauslösenden Proteins Amyloid-Beta nachzuweisen, zum anderen der Nachweis erhöhter Konzentrationen von Aminosäuren und Proteinen in der Zerebrospinalflüssigkeit. Diagnostik dieser Art ist allerdings teuer und stellt einen invasiven Eingriff dar. Zudem können die Erkrankungen damit nur in fortgeschrittenen Stadien nachgewiesen werden, sodass eine erfolgreiche Therapie mitunter zu spät kommt. „Eine um Monate oder gar Jahre frühere Diagnose dürfte den Erfolg derzeitiger Therapien deutlich erhöhen. Außerdem könnte dies Anstoß für neue Therapien sein, die kleine Abweichungen im Körper erkennen und die Krankheit im Anfangsstadium bekämpfen“, sagt Valentin Alek Dediu, Koordinator der Forschungsgruppe Multifunktionale Nanomaterialien für molekulare Spintronik und Magnetismus am Forschungsinstitut für Nanomaterialien CNR-ISMN, Bologna. Das Projekt MADIA entwickelte eine nicht-invasive Diagnosemethode, um Zerebrospinalflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) genauer denn je anhand leicht zugänglicher Proben wie Blut und Speichel zu analysieren. „MADIA konzipierte ein neues Lab-on-Chip-Konzept für die ultrasensitive Frühdiagnostik, das auf dem Nachweis von Biomarkern basiert, die an magnetische Marker gekoppelt sind“, fügt MADIA-Projektkoordinator Dediu hinzu.

Markierung von Biomarkern mit magnetischen Nanopartikeln

MADIA arbeitet mit Nanopartikeln, den sogenannten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln SPIONs, die an spezifische Biomarker binden, um die magnetische Markierung dann auf dem Magnetscanner sichtbar zu machen. Ein Array von Magnetsensoren ist in ein Mikrofluidikgerät integriert, auf dem Liquor cerebrospinalis oder andere Körperflüssigkeiten gescannt werden. „Auf Basis dieses magnetischen Effekts sind SPIONs bereits in winzigen Mengen (Biomarker) nachweisbar. Mittels Magnetdetektion lässt sich eine Empfindlichkeit von 1 000 Nanopartikeln bzw. Biomarkern erreichen“, erklärt Dediu. Obwohl MADIA den Nachweis von Amyloiden als etablierte Biomarker für die Alzheimer-Krankheit entwickelt, lassen sich mit der Technologie prinzipiell auch andere Biomarker analysieren, stellt Dediu fest. Es lässt sich einfach an tragbare Diagnosesysteme anpassen, um Biomarker oder Toxine in Schweiß oder anderen Körperflüssigkeiten zu detektieren. Da der Test im Nanobereich von 10 bis 150 Nanometern arbeitet, ist er für die meisten Biomarker und sogar Viren geeignet.

Erfolgreiche Machbarkeitsstudie

„Wir müssen und wollen weiterforschen und den Prototypen eines realen Diagnosesystems bauen, denn so können wir Unternehmen und Krankenhäuser für weitere Versuche und Validierungen gewinnen“, sagt Dediu. Das MADIA-Konsortium will nun Fördergelder lokal investieren, um den Prototypen der nächsten Stufe zu entwickeln. Mit einem weiteren EU-Zuschuss soll die Entwicklung dann auf vorkommerzielles Niveau vorbereitet werden. „Parallel dazu plant das Projektteam aktiv die Verbreitung der Forschungsergebnisse, um Interessengruppen und Politik von der Lab-on-Chip-Idee als künftige primäre diagnostische Struktur in der medizinischen Versorgung zu überzeugen“, schließt Dediu.

Schlüsselbegriffe

MADIA, neurodegenerativ, Krankheiten, Früherkennung, Erkennung, Nanopartikel, Magnet, Sensor

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