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Super-sensitive detection of Alzheimer’s disease biomarkers in plasma by an innovative droplet split-and-stack approach

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Diagnose von Alzheimer-Demenz mit einfachem Standardbluttest

Die früh- bzw. rechtzeitige Erkennung von Krankheiten kann Menschenleben retten. Mit einem neuen Sensor können nun Biomarker für Krankheiten mittels klinischer Standardtests genauer nachgewiesen werden.

Gesundheit

Grundlage der Diagnostik ist die Bestimmung messbarer Indikatoren in Körperflüssigkeiten, sogenannter Biomarker, für deren Analyse bislang biochemische Verfahren wie der ELISA-Test (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) zum Einsatz kommen. Die in der Regel niedrige Konzentration der Biomarker und begrenzte Analysekapazität herkömmlicher Methoden erschweren allerdings den Nachweis und damit auch die Krankheitsdiagnose. Die Alzheimer-Krankheit als häufigste Form der Neurodegeneration manifestiert sich bereits vor dem Einsetzen erster Symptome durch erhöhte Konzentrationen der Biomarker für Beta-Amyloid und Tau-Proteine im Liquor. Zwar ist die Schnelldiagnose der Alzheimer-Krankheit anhand dieser und anderer potenzielle Biomarker möglich. Die hierfür erforderliche Entnahme der Rückenmarksflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) erfolgt jedoch über die (invasive und stationär durchgeführte) Lumbalpunktion.

Technologie zur Probenaufkonzentration

Um den Nachweis von Biomarkern zu verbessern, kamen in den letzten Jahren verschiedenste Techniken zum Einsatz wie die Amplifikation von Zielmolekülen. Das EU-finanzierte Projekt SensApp sollte nun die Sensitivität diagnostischer Assays durch Probenanreicherung der Zielmoleküle verbessern, und zwar durch Lösemittelentfernung. „Durch Reduzierung des Reaktionsvolumens erhöht sich die Konzentration der Biomarker, was wiederum das Signal verstärkt,“ erklärt Projektkoordinatorin Simonetta Grilli. Das Team entwickelte ein Gerät, das nicht größer als herkömmliche Tischgeräte in der Labordiagnostik ist. Grundlage ist die neue DSS-Technologie (Droplet Split and Stack), bei der die flüssige Probe (Plasma, Urin, Speichel) in winzige Tröpfchen zerlegt und auf einen festen Objektträger (z. B. aus Glas) aufgebracht wird.

Funktionsweise der DSS-Technologie

Das DSS-Verfahren verhindert die Diffusion der Probentröpfchen, sodass die wenigen Moleküle, die normalerweise in kleinen Probenmengen zu finden sind, höher konzentriert sind als beim Standardverfahren. Danach können die wenigen Moleküle problemlos mittels Standardnachweis wie Immunfluoreszenz detektiert werden, sodass eine hohe Sensitivität erreicht wird. Die Innovation der neuen Technologie besteht darin, dass die winzigen Tröpfchen durch ein elektrisches Feld erzeugt werden, das direkt an die flüssige Probe angelegt wird. Die Temperaturänderung aufgrund des pyroelektrischen Effekts bewirkt dann eine Änderung der Polarisation. Grilli erklärt, „dass dieser Ansatz erstmals für eine solche Anwendung zum Einsatz kommt.“ Ein weiterer Erfolg ist die Kombination mit einem Auslesemodul zur Detektion des Fluoreszenzsignals dieser wenigen Biomarker.

Präzisere Detektion von Alzheimer-Biomarkern

In einer Machbarkeitsstudie des SensApp-Gerätes an Modellproben wurde die Detektion von Alzheimer-Biomarkern bis auf die Subpikogramm-Ebene demonstriert, was eine signifikant höhere Sensitivität gegenüber herkömmlichen ELISA-Tests belegt. Obwohl Tests in klinischem Umfeld noch ausstehen, ist die hohe Sensitivität des SensApp-Sensors eine hervorragende Voraussetzung für die hochsensitive Alzheimer-Früherkennung. Vor allem genügt für den Nachweis ein einfacher Bluttest, was die Alzheimervorsorge in der Bevölkerung völlig neu definieren könnte. Zudem dürfte dies auch die Compliance und therapeutische Nachsorge Erkrankter verbessern. Schließlich könnte sich SensApp neben Alzheimer-Proteinen auch für den Nachweise weiterer niedrigkonzentrierter Biomarker eignen.

Schlüsselbegriffe

SensApp, Biomarker, Alzheimer-Krankheit, Biomarker-Erkennung, Droplet Split and Stack, DSS, pyroelektrischer Effekt, Immunfluoreszenz

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