Eine neuartige Erfindung eines Forscherteams der National University of Singapore (NUS) verspricht eine schnellere und kostengünstigere Methode zur Diagnose von Krankheiten mit hoher Genauigkeit. Professor Zhang Yong vom Department of Biomedical Engineering an der NUS Faculty of Engineering und sein Team haben einen winzigen mikrofluidischen Chip entwickelt, der winzige Mengen von Biomolekülen effektiv erkennen kann, ohne dass komplexe Laborgeräte erforderlich sind.
Die Krankheitsdiagnostik umfasst den Nachweis und die Quantifizierung von Biopartikeln in Nanogröße wie DNA, Proteine, Viren und Exosomen (extrazelluläre Vesikel). Typischerweise erfolgt der Nachweis von Biomolekülen wie Proteinen mit kolorimetrischen Assays oder Fluoreszenzmarkierung mit einem sekundären Antikörper zum Nachweis und erfordert komplexe optische Nachweisgeräte wie Fluoreszenzmikroskopie oder Spektrophotometrie.
Eine Alternative, um die Kosten und die Komplexität der Krankheitserkennung zu reduzieren, ist die Einführung markierungsfreier Techniken, die in letzter Zeit an Bedeutung gewinnen. Dieser Ansatz erfordert jedoch die Feinmechanik von Nanomerkmalen (in einem Detektionschip), komplexe optische Aufbauten, neuartige Nanosonden (wie Graphenoxid, Kohlenstoffnanoröhren und Goldnanostäbchen) oder zusätzliche Verstärkungsschritte wie die Aggregation von Nanopartikeln, um sie zu erreichen sensitiver Nachweis von Biomarkern.
"Unsere Erfindung ist ein Beispiel für disruptive Diagnostik. Dieser winzige Biochip kann Proteine und Polymervesikel in Nanogröße mit einer Konzentration von nur 10 ng/ml (150 pM) bzw. 3,75 Μg/ml empfindlich nachweisen. Es hat auch eine sehr kleine Stellfläche, wiegt nur 500 mg und ist 6 mm³ groß. Der Nachweis kann mit Standard-Labormikroskopen erfolgen, was diesen Ansatz für den Einsatz in der Point-of-Care-Diagnostik sehr attraktiv macht", erklärte Prof. Zhang.
Sein Team, bestehend aus Dr. Kerwin Kwek Zeming und zwei NUS-Doktoranden, Herrn Thoriq Salafi und Frau Swati Shikha, veröffentlichte ihre Ergebnisse am 28. März 2018 in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Communications.
Neuartiger Ansatz zur Krankheitsdiagnose
Dieser neuartige fluoreszenzmarkerfreie Ansatz nutzt die seitlichen Verschiebungen der Position des Mikroperlensubstrats in Säulenanordnungen zur Quantifizierung der Biomoleküle auf der Grundlage der Änderung der Oberflächenkräfte und -größe, ohne dass externe Geräte erforderlich sind. Aufgrund der Verwendung von Lateral Displacement können die Nano-Biomoleküle in Echtzeit detektiert werden und die Detektion ist wesentlich schneller im Vergleich zur fluoreszenzmarkerbasierten Detektion.
"Diese Techniken können auch auf viele andere Arten von Nano-Biomolekülen ausgedehnt werden, einschließlich Nukleinsäure- und Viruserkennung. Um diese Chiptechnologie zu ergänzen, entwickeln wir auch ein tragbares Smartphone-basiertes Zubehör und eine mikrofluidische Pumpe, um die gesamte Erkennungsplattform, die für die Krankheitsdiagnostik außerhalb des Labors tragbar ist. Wir hoffen, diese Technologie für die Kommerzialisierung weiterzuentwickeln", sagte Prof. Zhang.
