In de strijd tegen kanker en andere ziekten, nauwkeurige analyse van specifieke eiwitten kan de weg wijzen naar gerichte behandelingen. Wetenschappers van de Technische Universitaet Muenchen (TUM, Duitsland), samen met Fujitsu Laboratories van Japan, hebben een nieuwe biosensorchip ontwikkeld die niet alleen eiwitten herkent die kenmerkend zijn voor specifieke ziekten, maar kan ook aantonen of deze eiwitten zijn veranderd door de invloed van ziekte of medicijnen.

Het menselijk immuunsysteem herkent ziekteverwekkers aan specifieke eiwitten op hun oppervlak. Dit detectieprincipe manifesteert zich steeds weer in de biologie, en het wordt al gebruikt in medische tests. Dergelijke tests vereisen doorgaans relatief grote hoeveelheden monstermateriaal, echter, en veel problemen kunnen niet op deze manier worden onderzocht. Voor sommige testen is het doeleiwit moet chemisch worden gemodificeerd door reagentia. Dat vraagt ​​zowel tijd als goed opgeleide laboranten. Nu hebben wetenschappers van het Walter Schottky Institute van TUM een biosensor ontwikkeld die honderd keer gevoeliger is dan momenteel beschikbare tests voor het herkennen van eiwitten die kenmerkend zijn voor het klinische beeld van specifieke ziekten.

De biosensorchip bevat synthetische DNA-moleculen, die negatief geladen zijn, in een waterige zoutoplossing. Deze lange moleculen zijn aan het ene uiteinde vastgemaakt aan een gouden oppervlak. Het vrije uiteinde is gelabeld met een fluorescerende marker, zodat het optisch kan worden waargenomen; en op het uiterste puntje kunnen de wetenschappers een 'vangsonde' plaatsen, " een molecuul dat bij het doeleiwit past als de sleutel tot een slot. Wisselende elektrische potentialen zetten de DNA-moleculen in beweging, heen en weer slingeren tussen "staande" en "liggende" toestanden met regelmatige veranderingen in een strak begrensd maar intens veld. Als het gewenste eiwit aanwezig is in monstermateriaal dat op de biosensorchip is geplaatst, het zal binden aan het "sleutel" molecuul. En omdat dit de DNA-strengen aanzienlijk zwaarder maakt, hun zwaaiende beweging zal merkbaar langzamer zijn. Nauwkeurige bevestiging van de identiteit van het gevangen eiwit kan worden afgeleid uit metingen van deze beweging, omdat zowel de grootte als de vorm van het eiwit de manier waarop de DNA-moleculen slingeren, beïnvloeden.

Deze benadering is uniek in zijn vermogen om niet alleen de concentratie van het doeleiwit te bepalen, maar ook om te laten zien of het veranderd is door de ziekte of de invloed van medicatie. De wetenschappers werken momenteel aan een chip die 24 verschillende eiwitten parallel kan analyseren. "Het potentieel om te analyseren, op een enkele chip, veel eiwitten tegelijk in termen van meerdere parameters betekent een aanzienlijke vooruitgang, " zegt dr. Ulrich Rant, hoofd van het project. Rant is onderzoeker in de laboratoria van Prof. Gerhard Abstreiter aan het Walter Schottky Instituut, een centraal instituut van TUM gericht op de fundamentele fysica van halfgeleiderelektronica.

Belangrijke toepassingsgebieden voor deze biosensor-chiptechnologie, die de TUM-wetenschappers "switchSENSE, " omvatten medische diagnostiek, ontwikkeling van farmaceutische geneesmiddelen, en proteomics-onderzoek. Het kan uiteindelijk zijn weg vinden naar het kantoor van de dokter, als een eenvoudig en snel analyse-instrument voor het identificeren van infectieziekten.

Rant en zijn team hebben een startup-bedrijf opgericht om hun ontwikkeling te commercialiseren, ondersteund door de Technische Universitaet Muenchen en hun industriële partner Fujitsu Laboratories Ltd. Ze hebben extra steun gekregen via een onderzoeksoverdrachtsprogramma genaamd EXIST, gesponsord door het Duitse Federale Ministerie van Economie en Technologie. Ze zijn ook succesvol geweest in de eerste fasen van twee ondernemerscompetities, het Muenchener Businessplan Wettbewerb en Science4Life. De verdere ontwikkeling is gericht op de voltooiing van een preproductieprototype tegen eind 2010 en proefprojecten in samenwerking met klanten in de biotechnologie en de farmaceutische sector.