Biosensor-chip muliggør højfølsom proteinanalyse til sygdomsdiagnose

I kampen mod kræft og andre sygdomme, præcis analyse af specifikke proteiner kan pege vejen mod målrettede behandlinger. Forskere ved Technische Universitaet Muenchen (TUM, Tyskland), sammen med Fujitsu Laboratories i Japan, har udviklet en ny biosensorchip, der ikke kun genkender proteiner, der er karakteristiske for specifikke sygdomme, men også kan vise, om disse proteiner ændres gennem påvirkning af sygdom eller medicin.

Det menneskelige immunsystem genkender patogener af specifikke proteiner på deres overflader. Dette opdagelsesprincip manifesterer sig igen og igen i biologi, og det bruges allerede i medicinske tests. Sådanne tests kræver typisk relativt store mængder prøvestof, imidlertid, og mange problemer kan ikke undersøges på denne måde. For nogle tests, målproteinet skal være kemisk modificeret med reagenser. Det kræver både tid og veluddannede laboratorieteknikere. Nu har forskere ved TUMs Walter Schottky -institut udviklet en biosensor hundrede gange mere følsom end nuværende test til at genkende proteiner, der er karakteristiske for det kliniske billede af specifikke sygdomme.

Biosensorchippen indeholder syntetiske DNA -molekyler, som er negativt ladet, i en vandig saltopløsning. Disse lange molekyler er bundet i den ene ende til en guldoverflade. Den frie ende er mærket med en fluorescerende markør, så det kan optisk observeres; og i spidsen kan forskerne placere en "fangesonde, "et molekyle, der passer sammen med målproteinet som nøglen til en lås. Skiftende elektriske potentialer sætter DNA -molekylerne i gang, svingende frem og tilbage mellem "stående" og "liggende" tilstande med regelmæssige ændringer i et stramt, men intenst felt. Hvis proteinet af interesse er til stede i prøveemateriale placeret på biosensorchippen, det vil binde til "nøgle" molekylet. Og fordi dette gør DNA -strengene betydeligt tungere, deres svingende bevægelse vil være mærkbart langsommere. Præcis bekræftelse af identiteten af ​​det indfangede protein kan udledes af målinger af denne bevægelse, da både proteinets størrelse og form vil påvirke den måde, DNA -molekylerne svinger på.

Denne tilgang er unik i sin evne til ikke kun at bestemme koncentrationen af ​​målproteinet, men også for at vise, om det ændres af sygdommen eller påvirkning af medicin. Forskerne arbejder i øjeblikket med en chip, der kan analysere 24 forskellige proteiner parallelt. "Muligheden for at analysere, på en enkelt chip, mange proteiner på én gang i form af flere parametre repræsenterer et betydeligt fremskridt, "siger Dr. Ulrich Rant, projektleder. Rant er forsker i laboratorierne hos professor Gerhard Abstreiter ved Walter Schottky Institute, et centralt institut for TUM fokuseret på halvlederelektronikens grundlæggende fysik.

Vigtige anvendelsesområder for denne biosensor chip -teknologi, som TUM -forskerne har kaldt "switchSENSE, "omfatte medicinsk diagnostik, udvikling af lægemidler og proteomisk forskning. Det kunne i sidste ende finde vej til lægehuset, som et enkelt og hurtigt analyseværktøj til at identificere infektionssygdomme.

Rant og hans team har stiftet et opstartsfirma for at kommercialisere deres udvikling, støttet af Technische Universitaet Muenchen og deres industrielle partner Fujitsu Laboratories Ltd. De har vundet yderligere støtte gennem et forskningsoverførselsprogram kaldet EXIST, sponsoreret af det tyske forbundsministerium for økonomi og teknologi. De har også haft succes i de første faser af to iværksætterkonkurrencer, Muenchener Businessplan Wettbewerb og Science4Life. Yderligere udvikling er målrettet mod færdiggørelse af en præproduktionsprototype inden udgangen af ​​2010 og samarbejdspilotprojekter med kunder inden for bioteknologi og farmaceutiske sektorer.