Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Life Sciences> Zell- und Mikrobiologie>

Neues Diagnoseverfahren - Erregernachweis mit Lichtdoppelbrechung

Neues DiagnoseverfahrenErregernachweis mit Lichtdoppelbrechung

ETH-Forscher um Raffaele Mezzenga haben ein neues Diagnoseverfahren entwickelt. Dieses beruht auf der Lichtdoppelbrechung und speziellen Lipid-Trägersubstanzen. Mit diesem Verfahren könnten Ärzte weltweit einfach, rasch und zuverlässig Malaria, Ebola oder auch HIV nachweisen.

sep
sep
sep
sep
Neues Diagnoseverfahren: Erregernachweis mit Lichtdoppelbrechung

Nichts scheint einfacher als das: Man gibt einen Tropfen Blut auf eine Trägersubstanz und wartet ein paar Minuten. Danach legt man den Objektträger in ein Gerät ein, zwischen zwei kreuzweise angeordnete Lichtpolarisationsfilter. Enthält nun die Probe winzige Kristalle, welche Licht doppelbrechen, tritt Licht aus dem Gerät aus.
Und genau das passiert, falls eine Person an Malaria erkrankt ist: Die Probe erzeugt ein Doppelbrechungsmuster, so dass man anhand dieses einfachen Ja-oder-Nein-Schemas rasch und unkompliziert den Nachweis für diesen Krankheitserregern erbringen kann. Auch lässt sich über einen handelsüblichen Belichtungsmesser, der an ein Smartphone angesteckt und über eine App gesteuert wird, die Lichtintensität und damit die Menge des gesuchten Erregers messen.

Anzeige

Günstigen Schnelltest entwickelt

Was sich fast ein wenig nach Science Fiction anhört, ist soeben Realität geworden. Die Forschungsgruppe von Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien, hat vor kurzem eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, in der sie diesen neuen Schnelltest vorstellt. Mit dem Testverfahren lassen sich nicht nur Malaria-Erreger nachweisen, sondern auch Viren wie HIV oder das Ebolavirus, diverse Bakterien oder Biomarker wie Glukose oder Cholesterin.

Die Nachweismethode ist nicht nur extrem schnell, sie ist auch verglichen mit anderen Nachweismethoden sehr günstig. Das Polarisationsgerät kostet gerademal 20 Franken, sagt Jijo Vallooran, Erstautor der Publikation, die soeben in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ erschienen ist.

Doppelbrechung ausgenutzt

So allgemein das Konzept hinter dieser neuen Technologie ist und so einfach deren Bedienung scheinen mag, so komplex ist die wissenschaftliche Grundlage, die der Erfindung der ETH-Forscher zugrunde liegt.

Die Wissenschaftler nutzen für ihr Verfahren sogenannte lyotrope Flüssigkristalle, die aus sich selbstorganisierenden Strukturen von Fettmolekülen in Wasser bestehen. Mit solchen Flüssigkristallen arbeitet die Forschungsgruppe von Raffaele Mezzenga schon seit Längerem. Die Wissenschaftler nutzen diese auch für andere Anwendungen, wie etwa die Wirkstoffverabreichung oder die Proteinkristallisation.

Lyotrope Flüssigkristalle ordnen sich in speziellen Netzwerken mit einzigartiger Symmetrie an. Das heisst, dass sich das kubische Grundmotiv des Flüssigkristalls periodisch wiederholt. Im Fall der dreidimensionalen Flüssigkristallphasen bilden sich Nanokanäle aus Lipid-Doppelmembranen. Deren Durchmesser beträgt wenige Nanometer, so dass im Flüssigkristall nur wenige freie Wassermoleküle verfügbar sind. Die Mehrheit davon ist an die Kanalwände gebunden. Die Flüssigkristalle sind isotrop und weisen damit keine lichtdoppelbrechenden Eigenschaften auf. Zwischen den zwei kreuzweise angeordneten Polarisationsfiltern betrachtet erscheinen sie schwarz.

Enzymatische Reaktionen erzeugen Signal

Um die Doppelbrechung und damit ein Signal zu erzeugen, griffen die Forscher noch einmal in die Trickkiste: Sie fügen dem Flüssigkristall bestimmte Enzyme hinzu, so dass in den Nanoröhren chemische Reaktionen ablaufen können. Weil nur sehr wenig Wasser in den Röhren frei verfügbar ist, werden die Produkte der Reaktionen als Kristalle ausgefällt. Diese verfügen über die Eigenschaft der Lichtdoppelbrechung.

Betrachtet man nun die Probe durch die Kreuz-Polarisationsfilter, erkennt man farbige Lichtmuster für den Fall, dass das Enzym mit der zu testenden Substanz reagiert hat. „Dieses Doppelbrechungsmuster ist das einzige Signal, das wir für Diagnosen und Analysen verwenden müssen“, sagt Mezzenga.
Schrittweises Herantasten an Malaria-Nachweis
Zu Beginn ihrer Forschung testeten die Wissenschaftler ihr System mit chemischen Verbindungen, die enzymatisch umgewandelt werden können. Danach verfeinerten sie ihre Methode und passten sie für medizinisch relevante Substanzen wie Glukose oder Cholesterin an. In weiteren Schritten weiteten sie den Umfang der möglichen Tests auf Bakterien und Viren aus, beginnend mit dem HI-Virus.

Schließlich konnten Mezzenga, Vallooran und Kollegen aufzeigen, dass sich ihre Methode auch für die Diagnose von Malaria, die durch Plasmodien hervorgerufen wird, anpassen lässt. „Plasmodien dringen in rote Blutkörperchen ein und verzehren das Hämoglobin, den roten Blutfarbstoff. Der Häm-Teil, welcher für die Parasiten giftig ist, kristallisiert aus und hat von Natur aus lichtdoppelbrechende Oberflächen. Dadurch müssen wir den Parasiten weder mit Antikörpern markieren noch brauchen wir eine enzymatische Reaktion, um ein Lichtsignal zu erhalten“, erklärt Mezzenga.

Viren oder Bakterien hingegen müssen erst mit spezifischen Antikörpern mit an sie gebundenen Enzymen sichtbar und chemisch aktiv gemacht werden, ehe sie mit der Lichtdoppelbrechung festgestellt werden können.

Flexibel, günstig, praktisch

„Unser Testsystem lässt sich auf eine große Zahl von verschiedenen Viren oder Bakterien ausweiten, es ist absolut flexibel“, betont Vallooran. Weil es so einfach zu bedienen ist und für den Nachweis von Viren beispielsweise nur ein Set von Antikörper-Enzym-Konjugaten benötigt wird, sieht der ETH-Forscher den Einsatz gerade in Gebieten, die sich teure Laborausrüstung nicht leisten können. „Außer einem Kühlschrank zur Aufbewahrung von Antikörpern und Enzymen brauchen Anwender nur das Gerät für den Nachweis von polarisiertem Licht sowie die Lipidträgersubstanz. Beides ist sehr günstig“, sagt er. Die Detektion von Krankheiten wie Aids oder Ebola sei in weniger als einer Stunde zuverlässig möglich. „Unsere Technologie ist für den Feldeinsatz und die Früherkennung von Krankheiten sehr geeignet.“

Für die Erforschung dieser Technologie erhielt Jijo Vallooran ein ETH Pioneer Fellowship. Die Forschenden haben die neue Technologie auch zum Patent angemeldet. „Wir möchten etwas wirklich Nützliches herstellen“, sagt Vallooran. Das Potenzial ihrer Nachweismethode sei sehr hoch, gerade auch im Hinblick auf aufflammende Krankheiten wie Malaria oder Ebola, die sich rasch verbreiten. Die ETH-Forscher arbeiten deshalb derzeit mit Hochdruck daran, mehr Mittel für die Weiterentwicklung ihrer Methode zu beschaffen, um diese möglichst bald auf den Markt bringen zu können.

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Medizinische und biologische ExperimenteAuf einem Chip statt im Labor

Informatiker der Uni Bremen forschen gemeinsam mit indischen Partnern an der Entwicklung von Lab-on-Chips. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

…mehr

BioanalytikKlinische Ergebnisse veröffentlicht: Bluttest zur der Erkennung von Leberkrebs

Die Epigenomics AG (FSE: ECX, OTCQX: EPGNY) Ergebnisse aus zwei klinischen Studien in EBioMedicine (unterstützt von Cell Press und The Lancet) bekannt gegeben und bezeichnet die Ergebnisse als "vielversprechend". Die Ergebnisse zeigen eine hohe Genauigkeit des epigenetischen Biomarker mSEPT9 bei der Erkennung von Leberkrebs in Patienten mit Leberzirrhose.

…mehr

Translationale Forschung ohne PlattformwechselMultiplex-Proteinanalyse: Ayoxxa bringt Lunaris Human 12-Plex Th17 Kit auf den Markt

Ayoxxa Biosystems bringt den LunarisTM Human 12-Plex Th17 Kit auf den Markt und erweitert damit sein Portfolio für die skalierbare Biomarker-Analyse.

…mehr
Grafik Blutgefäß mit Erythrozyten und Ablagerungen

"Cholesterin des 21. Jahrhunderts"Risikofaktor Homocystein: Welche Wirkmechanismen liegen zugrunde?

Homocystein tritt zunehmend als neuer unabhängiger Risikofaktor für die Entwicklung von Atherosklerose in den Fokus der biomedizinischen Forschung. ForscherInnen der Uni Graz nutzen Hefezellen für die Erforschung des pathologischen Wirkmechanismus.

…mehr
Kind auf Arm des Vaters

Molekulare InfektionsdiagnostikRSV in wenigen Minuten ausschließen

Das klinische Bild von Patienten mit Verdacht auf eine Infektion mit RSV (Respiratory Syncytial Virus) ist unspezifisch und die Unterscheidung von anderen akuten respiratorischen Erregern ist schwierig.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung