Chemosensoren zur Routinemessung von Neurotransmittern

Bestimmte biochemische Prozesse im Körper lassen Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand und Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder neurologische Störungen zu. Ein hoher Serotonin- oder Metanephrinspiegel kann beispielsweise im direkten Zusammenhang mit einer Krebserkrankung stehen. Daher werden im Verdachtsfall häufig Urin- oder Blutproben auf spezifische Biomarker hin untersucht. Die Früherkennung krankheitsrelevanter Biomarker ermöglicht eine rechtzeitige Diagnose und Behandlung.

Stand der Technik

In der biomedizinischen Diagnostik kommen meist zwei etablierte Verfahren zum Einsatz: Massenspektroskopie und antikörperbasierte Assays. Beide Laborverfahren liefern sehr genaue Messergebnisse, sind jedoch aufgrund ihrer Komplexität und hohen Kosten nicht für den breiten klinischen Einsatz geeignet. In einzelnen Bereichen sind bereits einfachere Schnelltests etabliert, wie etwa bei der Überprüfung des Blutzuckerspiegels oder beim Schwangerschaftstest.

Technologie

Forschende vom Institut für Nanotechnologie (INT) haben einen robusten Chemosensor entwickelt, der die schnelle und qualitative Bestimmung von Serotonin und anderen Neurotransmittern in Urin und Blut ermöglicht. Das Sensorprinzip basiert auf der Bindung dieser Stoffe an ein hybrides neuartiges Sensormaterial, bestehend aus Nanozeolith-Verbindungen und fluoreszenten Farbstoffen. Die Mikroporen des Zeolith ahmen dabei die spezifischen Bindungstaschen von Rezeptorproteinen für den gewünschten Analyten nach. Wird der Analyt molekular gebunden, tritt innerhalb von Millisekunden ein direktes optisches Signal in Form von abnehmender Fluoreszenz ein. Anhand der Abnahme der Emissionsintensität (d.h. der Leuchtkraft) wird sowohl das Vorkommen als auch die Konzentration des Analyten nachgewiesen. Unterschiedliche Zusammenstellungen des Zeolith-Materialgerüsts und des Farbstoffs bieten praktisch unbegrenzte Möglichkeiten zum Nachweis biorelevanter Moleküle, wie beispielsweise Dopamin, Metanephrin, Histamin, Noradrenalin & Adrenalin, Trypotophan oder 5-Hydroxytryptophan.

Vorteile

Der neue Chemosensor mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität misst Biomarker schnell und präzise, ohne zusätzliche Waschschritte zur Signalentwicklung. Er funktioniert als Lösung oder Substrat auch unter verschiedenen Bedingungen zuverlässig. Aufgrund der einfachen Anwendung und der kostengünstigen Herstellung ist der Sensor prädestiniert als Schnelltest zum Vorscreening.

Optionen für Unternehmen

Um die Chemosensoren zukünftig routinemäßig sowohl in ärztlichen Praxen und Krankenhäusern als auch in Apotheken direkt für die molekulare Diagnostik einsetzen zu können, sucht das KIT Partner aus dem klinischen und industriellen Bereich für die Weiterentwicklung.