Neue nanomechanische Diagnosemethode zum Nachweis krankheits- und behandlungsrelevanter Gene
Innovatives Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten, medikamentöse Behandlungen besser auf die Bedürfnisse der Patienten abzustimmen
Forscher des Nationalen Forschungsschwerpunktes am neu gegründeten Swiss Nanoscience Institute (SNI) in Basel haben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Roche ein Verfahren entwickelt, das einen raschen und sensitiven Nachweis von krankheits- und therapierelevanten Genen ermöglicht.
Ulrich Certa, Leiter der Abteilung Functional Genomics am Roche Zentrum für Medizinische Genomik, dazu: "Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeit zeigen, dass diese neuen nanomechanischen Sensoren eingesetzt werden können, um das Ansprechen von Patienten auf eine bestimmte Therapie direkt und kontinuierlich zu überwachen. Damit haben wir eine neue, vielversprechende Technologie, die uns in Zukunft helfen sollte, einen weiteren Schritt zu einer unmittelbar auf die Bedürfnisse der Patienten eingestellten Behandlung zu tun und so möglicherweise vermehrt auch unerwünschte Nebenwirkungen zu vermeiden."
Bei Erkrankungen und bei deren medikamentöser Behandlung laufen im menschlichen Körper vielfältige Prozesse ab. Je nach erblicher Veranlagung wird die Aktivität unterschiedlicher Gene verschieden reguliert, was einer der Gründe ist, weshalb einzelne Patienten häufig durchaus unterschiedlich auf eine medikamentöse Therapie ansprechen. Was bei dem einen hilft, kann bei einem anderen ohne Wirkung bleiben oder sogar unerwünschte Nebenwirkungen zur Folge haben.
Die neue Methode erlaubt nun den direkten Nachweis von aktiven Genen über die Messung ihrer Gentranskripte - die Boten-Ribonukleinsäure (messenger RNA, mRNA) -, die den Zwischenschritt und das Bindeglied zur Eiweiss-Synthese darstellen. Um diese aufzuspüren, werden kurze gegenläufige (komplementäre) Nukleinsäurestücke (Sensoren) auf winzige Federbalken aus Silizium aufgebracht. Diese Federbalken - auch Kantilever genannt - sind lediglich 450 Nanometer dick und reagieren daher ungemein sensitiv. Bindet das gesuchte Gentranskript an sein passendes Gegenstück auf einem der Federbalken, so führt dies zu einer mechanischen Verbiegung, die optisch gemessen wird.
Dass diese nanomechanische Diagnosemethode zum schnellen Nachweis von Gentranskripten dienen kann, zeigen die Forscher in der jetzt veröffentlichten Arbeit am Beispiel einer Tumorzelllinie, in der nach Interferonbehandlung ein für die Steuerung des Zellwachstums bedeutsames Gen aktiviert wird.
Diese neue Art von nanomechanischen Sensoren kommt aufgrund der hohen Sensitivität ohne eine Markierung bzw. Vervielfältigung der nachzuweisenden Moleküle aus, was wesentlich präzisere Messresultate erlaubt. Zudem gestattet die Methode einen Nachweis innerhalb von Minuten und hat damit das Potenzial, als Echtzeitsensor die kontinuierliche Überwachung biomedizinischer Prozesse zu ermöglichen. Zur Analyse verschiedener Gentranskripte können unterschiedlich bestückte Federbalken, ähnlich den Zähnen eines Kamms, aneinandergereiht werden, wodurch die Transkripte mehrerer Gene parallel und simultan gemessen werden können.
Damit ergänzt die neue Methode die bisherigen molekulardiagnostischen Methoden wie Gen-Chips und Real-Time-PCR. Sie könnte als "Real-Time Sensor" zur kontinuierlichen Überwachung verschiedener klinischer Messparameter eingesetzt werden oder auch zum Nachweis von Krankheitserregern dienen, die sich sehr rasch vermehren, und damit eine rechtzeitige Diagnose bedeutsam machen.
Originalveröffentlichung: Nature Nanotechnology 2006.
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