Projekt-Erfolgsstorys –Europäische Forscher machen Fortschritte bei der HIV- und Krebserkennung
Das von der EU finanzierte Projekt MIMIC arbeitet gegenwärtig an einem Durchbruch bei der Krebsdiagnostik, der auf einem hochempfindlichen Erkennungssystem beruht, mit dem sich winzige Konzentrationen krankheitsspezifischer Moleküle in Körperflüssigkeiten nachweisen lassen. Die Methode basiert auf natürlichen Biomineralisationsvorgängen des Körpers – d. h. der Produktion von Mineralien. Ein ähnlicher diagnostischer Ansatz hat sich bereits beim Nachweis von HIV bzw. AIDS als wirksam erwiesen. Dr. Roberto de la Rica Quesada, Koordinator des MIMIC-Projekts, und Prof. Molly Stevens, Stipendiat des Europäischen Forschungsrats am Imperial College London, haben erfolgreich ein HIV-Nachweisverfahren getestet, das zehn Mal empfindlicher ist als die bisher genutzte Nachweismethode. Dieser Erfolg auf dem Gebiet der HIV-Forschung ist ein Triumph für das Diagnosekonzept, das MIMIC zuerst für den Krebsnachweis entwickelt hatte und das zahlreiche Entwicklungs- und Konzeptionsphasen durchlaufen hat, bevor erfolgreiche Ergebnisse erzielt werden konnten. Im ursprünglichen Projektplan war die Wiederherstellung von Knochenmineralisationsbedingungen vorgesehen, um hochempfindliche Sensoren durch die Produktion von Kalziumphosphatkristallen zu erzeugen. Werden diesem Prozess Antikörper hinzugefügt, könnten diese Sensoren die Biomarker der Krankheit – Anzeichen für erkrankte Zellen – deutlich identifizieren. Nach der Bildung der Kristalle können ihre Entwicklungs- und Erkennungsvorgänge von Elektroden nachgewiesen werden. Die Präsenz der Kristalle an den Elektroden wird in Form eines Signals im Bioassay nachgewiesen, wodurch die Wissenschaftler Anzeichen für Zellveränderungen erkennen und untersuchen können: je stärker das Signal – und je besser es "wahrnehmbar" ist – desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für den Nachweis einer Krankheit. Das hört sich einfach an, jedoch ist diese "Bioerkennung" den Forschern zufolge überaus komplex. Im Laufe des MIMIC-Projekts beschloss Projektkoordinator Dr. de la Rica, Metallkristalle anstatt der herkömmlichen Kalziumphosphatkristalle zur Signalerzeugung zu züchten. Dies farbkräftigen Kristalle besitzen herausragende optische Eigenschaften und ermöglichen Signale, die mit herkömmlichen Laborinstrumenten und sogar mit dem bloßen Auge deutlich ablesbar sind. Das ist eine von mehreren Entscheidungen, um die Komplexität des Problems auf überschaubare Schritte zu reduzieren. Das Team beschloss außerdem, bei diesem neuen Ansatz kein "Biopolymer", wie z. B. Collagen, für die Züchtung der Kristalle zu verwenden. Dadurch ließe sich der Sensoraufbau weiter vereinfachen. "Es werden weder Elektroden noch andere teure Geräte benötigt, da das Signal auch ohne sie erkennbar ist. Abgesehen davon, ist der Rest des Ansatzes gleich", sagt Dr. de la Rica. Krankheitsfrüherkennung Dr. de la Rica zufolge, verbessere die Arbeit von MIMIC nicht die Behandlung von Krebs an sich, sondern seine Diagnose. "Da es krebsspezifische Moleküle in äußerst geringen Konzentrationen nachweisen kann, ist es eventuell möglich den Tumor in einem sehr frühen Stadium zu erkennen, bevor er sich ausbreitet und eine größere Gefahr darstellt", bemerkt er. Der Wissenschaftler macht deutlich, dass der Prozess bereits sein Potenzial bei der Erkennung von wiederauftretendem Krebs bei Patienten mit Prostatakrebs unter Beweis gestellt hat. "Patienten mit einer radikalen Prostataektomie können von hochempfindlichen Systemen profitieren, die prostataspezifische Krebsbiomarker in viel niedrigeren Konzentrationen nachweise und damit frühzeitig warnen können, wenn sich wieder ein Tumor gebildet hat", sagt er. Die Forschungsarbeiten des Projekts haben bereits Interesse in der Industrie geweckt. "Das von MIMIC angebotene Nanonachweissystem ließe sich problemlos kommerzialisieren", bestätigt Dr. de la Rica. In ähnlicher Weise gilt das auch für die HIV-Identifizierungsmethode, bei der die Ergebnisse viel einfacher und kostengünstiger abgelesen werden können und die ebenfalls kommerzialisiert werden könnte, sodass eine viel frühere Diagnose der Krankheit möglich ist. In einem in der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" veröffentlichten Artikel erklären Dr. de la Rica und Prof. Stevens auch, dass kostengünstige Methoden für den Nachweis von Krankheitsbiomarkern in besonders niedrigen Konzentrationen den Lebensstandard in Ländern erhöhen kann, denen teure medizinische Ressourcen fehlen. Aktuelle Strategien für den hochempfindlichen Nachweis erforderten häufig komplexe Instrumente, die eventuell in Laboratorien mit weniger Ressourcen nicht verfügbar seien, stellten sie fest. "Wir umgehen dieses Problem mit der Integration eines Signalmechanismus für die Biosensorik, der den Nachweis einiger weniger Moleküle des Analyts mit bloßem Auge ermöglicht." Die Arbeit der Forscher wurde in mehreren wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht und im Vereinigten Königreich haben sich auch die Medien, wie z. B. der BBC und Daily Mail, dafür interessiert. Darüber hinaus könnte das starke kommerzielle Potenzial und der innovative Charakter ihrer Arbeit bei Krebs und HIV die Wettbewerbsfähigkeit der EU auf den Gebieten der Gesundheitsversorgung und Nanotechnologie fördern. - Vollständige Bezeichnung des Projekts: Minerals integrated into multiple identifications of cancer (MIMIC): a multidisciplinary approach for the ultra-sensitive detection of cancer biomarkers - Projektakronym: MIMIC - MIMIC-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster) - Projektreferenznummer: 273621 - Name/Land des Projektkoordinators: Roberto de la Rica Quesada, Imperial College London (Vereinigtes Königreich) - Gesamtprojektkosten 212 092 EUR - Beitrag der EK: 212 092 EUR - Projektbeginn/-ende: März 2011 bis Februar 2013 - Weitere Partnerländer: Keine