15.02.2022

Erbgut in Echtzeit erkennen

Laser-unterstützte Nanogeräte für Flüssigbiopsie sollen schnelle Überwachung von Krebs und anderen Krankheiten ermöglichen.

Irene Fernandez-Cuesta vom Fachbereich Physik der Universität Hamburg und ihr Team haben eine Förderung des Europäischen Forschungs­rats in Höhe von 150.000 Euro erhalten. Ziel ist die Weiter­entwicklung von Nanogeräten für die Flüssigbiopsie, die eine schnellere und weniger invasive Überwachung vieler Krankheiten wie Krebs ermöglichen sollen.

Abb.: Irene Fernandez-Cuesta (Bild: privat / ERC)
Abb.: Irene Fernandez-Cuesta (Bild: privat / ERC)

Das von den Forschern entwickelte Verfahren in der Flüssigbiopsie trägt den Namen „Laser-Assisted DNA Optical Mapping (LADOM)“ und kann DNA-Moleküle aus einer Probe in Echtzeit erkennen. Es benötigt weniger als einen Mikroliter Flüssigkeit, ist schnell und einfach zu interpretieren und kann auch sehr kleine DNA-Fragmente erkennen.

„Mit einer Proof-of-Concept-Finanzierung des Europäischen Forschungsrats werden wir nun darauf hinarbeiten, einen Service für die Analyse von Proben unserer Forschungspartner im biomedizinischen Bereich anzubieten, zum Beispiel vom Universitäts­klinikum Hamburg-Eppendorf, um die Technologie zu standardisieren. Das wird uns helfen, Beziehungen zu potenziellen Stakeholdern aufzubauen und die am meisten nachgefragten Anwendungen für unsere Methode zu ermitteln, die dann als erstes auf den Markt gebracht werden sollen“, sagt Irene Fernandez-Cuesta. „Zudem werden wir eine Software zur Automatisierung der Datenanalyse entwickeln, um den Durchsatz der Tests zu erhöhen.“

Bei der Flüssigbiopsie zur Überwachung von Krebs muss kein Gewebe aus dem betroffenen Organ entfernt werden. Stattdessen wird das für das Screening verwendete Material aus Blut gewonnen, in dem sich zirkulierendes Tumormaterial wie Zellen, DNA und RNA befinden. Noch kann diese Technik nicht routinemäßig eingesetzt werden. Eine der größten Herausforderungen war bisher die sehr geringe Menge an Material, die für die Analyse zur Verfügung steht und die von anderer DNA aus gesunden Zellen umgeben ist. Außerdem war sie bisher auf DNA-Sequenzierungs­methoden angewiesen, die immer noch teuer, zeitaufwendig und nicht leicht zugänglich sind.

Das neue Verfahren des Forschungsteams setzt hier an: Es benötigt wenig Flüssigkeit, ist schneller und zudem leichter abzulesen als die Sequenzierung. Auch die benötigten Geräte sind wesentlich billiger und einfacher herzustellen. Weil kein Mikroskop, keine Pumpen, Spannungsquellen oder Kameras benötigt werden, könnte es in der Zukunft möglich sein, die Technologie auch außerhalb des Forschungslabors zu nutzen und das Gerät sogar tragbar zu machen. Diese Möglichkeit erforscht das Team derzeit in Zusammen­arbeit mit einer Arbeitsgruppe des Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY. „In Zukunft wird es so möglich sein, die Wirksamkeit einer Behandlung fast in Echtzeit zu überwachen, Metastasen in einem frühen Stadium zu erkennen und sogar in ferner Zukunft eine frühzeitige Erkennung von Primärtumoren selbst in der routine­mäßigen Blutanalyse zu ermöglichen“, sagt Fernandez-Cuesta.

Die Analyse von DNA findet darüber hinaus Anwendung in der Forensik, Paläontologie, Evolutionswissenschaft, bei der Kontrolle von Tier- und Pflanzenarten, der Rückverfolgbarkeit von Lebens­mitteln und bei verschiedenen medizinischen Schnelltests. All diese Bereiche würden von einem Gerät für die kostengünstige und schnelle Analyse von DNA profitieren.

U. Hamburg / DE

 

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