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Entwicklung von nano-optischen Biosensoren

Für die vereinfachte Diagnose von genetischen oder viralen Erkrankungen werden in einem EU-Projekt mit Innsbrucker Beteiligung nano-optische Biosensoren entwickelt. Damit sollen exakte Analysen auch außerhalb von spezialisierten Labors möglich werden. Ein erstes Ziel ist die rasche und einfache Diagnose von Eisenstoffwechselstörungen, Virushepatitis und ein Screening für das Leberzellkarzinom.

Der neue Biosensor beruht auf einer Weiterentwicklung der so genannten Oberflächenplasmonenresonanz, einem physikalischen Prinzip das seit einigen Jahren erfolgreich für die Untersuchung der Wechselwirkungen von Proteinen angewendet wird. Der Effekt beruht auf der kollektiven Schwingungsanregung freier Elektronen in sehr dünnen Edelmetallfilmen. Die Elektronen werden durch einfallende Photonen in eine resonante Schwingung versetzt. Chemische und physikalische Änderungen in der Grenzschicht führen zu einer messbaren Verschiebung der Resonanzfrequenz. Im neuen Sensor werden die optischen Eigenschaften von Siliziumnitrat genutzt, um mit elektromagnetischen Feldern die Bindung von Proteinen an „intelligente“ Oberflächen zu quantifizieren. Die Forscher nutzen dabei neue optische Strukturen, die die Wechselwirkung von Biomolekülen mit den auf der Oberfläche aufgebrachten Rezeptoren im Nanometer-Bereich messbar machen. Damit lassen sich Konzentrationen bis zu 1 Picogramm pro Quadratmillimeter feststellen, ein Wert der deutlich unter jenem derzeit verfügbarer Biosensoren liegt.

Diagnose von viralen Infektionen und Tumoren

In dem EU-Projekt SABIO arbeiten fünf europäische Forschungseinrichtungen und drei Unternehmen gemeinsam an der Realisierung dieses neuartigen Biosensors. Die Identifizierung und Charakterisierung von geeigneten Protein-Wechselwirkungen ist die Aufgabe einer Forschungsgruppe um Prof. Heinz Zoller vom hepatologischen Labor an der von Prof. Wolfgang Vogel geleiteten Klinischen Abteilung für Gastroenterologie und Hepatologie. „Wir suchen nach viralen Infektionen und Tumoren, bei denen die Routinediagnostik außerhalb von Speziallabors zum Einsatz kommen könnte“, erklärt Heinz Zoller. „Dabei kommen für uns besonders Eisenstoffwechselstörungen, Virushepatitis und das Leberzellkarzinom in Frage.“ Aus Innsbruck sind außerdem das Department für Medizinische Statistik, Informatik und Gesundheitsökonomie und das Zentralinstitut für medizinische und chemische Labordiagnostik an der Umsetzung dieses Forschungsprojekts beteiligt. Die weiteren Partner kommen aus Schweden, Spanien, Frankreich, Belgien, der Schweiz und Großbritannien. Im Rahmen des Projekts wird es auch zu einer engen Zusammenarbeit der Medizinischen Universität und dem jungen Biotech-Unternehmen Kherion Technology kommen. Die Firma wurde vor drei Jahren von Wissenschaftlern der University of Cambridge gegründet. Das Projekt SABIO ist auf drei Jahre anberaumt und wurde Anfang des Jahres mit einem gemeinsamen Treffen in Valencia, Spanien, gestartet.