ArchivDeutsches Ärzteblatt24/2010Sensorbiochips: Minilabor für die Krebsdiagnose

TECHNIK

Sensorbiochips: Minilabor für die Krebsdiagnose

Dtsch Arztebl 2010; 107(24): A-1218 / B-1072

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Sensorchip- Multiwellplatte für 24 parallel durchführbare Tests. Foto: TU München
Sensorchip- Multiwellplatte für 24 parallel durchführbare Tests. Foto: TU München

Ob ein Krebsmedikament einem Patienten wirklich hilft, lässt sich kaum vorhersagen. Nur etwa jedes dritte Medikament schlägt direkt an. Forscher am Heinz-Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik der Technischen Universität (TU) München haben ein neues Testverfahren für Krebsmedikamente entwickelt. Mittels Mikrochips können sie im Labor feststellen, ob Tumorzellen eines Patienten auf ein Medikament reagieren.

Das „Labor auf dem Chip“ (Lab-on-a-chip) ist ein nur wenige Millimeter großes Plättchen aus beispielsweise Glas, auf dem bioelektronische Sensoren die Vitalität lebender Zellen überwachen. Die Chips sitzen in kleinen Mulden von Mikrotiterplatten und werden mit Tumorzellen eines Patienten bedeckt. Ein Roboter wechselt im Abstand weniger Minuten die Nährflüssigkeit in jeder Mulde. Die Mikrosensoren auf dem Chip ermitteln unter anderem Änderungen beim Säuregehalt des Mediums und den Sauerstoffverbrauch der Zellen, ein unter der Mikrotiterplatte angebrachtes Mikroskop nimmt zusätzlich Bilder auf. Sämtliche Daten laufen in einem angeschlossenen Computer zusammen, der damit eine Übersicht über die Stoffwechselaktivitäten der Tumorzellen und ihrer Vitalität liefert. Roboter und Mikrotiterplatte befinden sich in einer Klimakammer, die mit exakt geregelter Temperatur und Luftfeuchtigkeit eine dem menschlichen Körper ähnliche Umgebung schafft und die Tumorzellen vor äußeren Einflüssen schützt, welche die Untersuchungsergebnisse verfälschen könnten. Nachdem sich die Tumorzellen einige Stunden lang ungestört teilen konnten, trägt der Roboter einen Krebswirkstoff auf. Nimmt ihre Stoffwechselaktivität in den folgenden ein bis zwei Tagen ab, konnte der Wirkstoff die Tumorzellen abtöten: Das Medikament wirkt. 24 Wirkstoffe oder Wirkstoffkombinationen können damit mit den Mikrochips gleichzeitig untersucht werden.

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Dabei spielt nicht nur der Zeitgewinn für die Patienten eine Rolle. Manchmal führt die Therapie mit einem nichtwirksamen Krebsmedikament beim Patienten zu Resistenzen gegenüber anderen Medikamenten. Auch das lässt sich mit dem Sensorchip frühzeitig feststellen. Ein weiterer Vorteil des Systems besteht in der Automatisierung: Der Roboter arbeitet präziser und schneller, als es einem Menschen möglich wäre, und liefert so Ergebnisse innerhalb kurzer Zeit, was wiederum Kosten spart. Die Möglichkeit, an Tumorzellen mehrere Wirkstoffe gleichzeitig zu testen, erleichtert zudem die Suche nach effektiven Wirkstoffen für die individuell auf jeden Patienten abgestimmte Krebstherapie. Pharmaunternehmen könnten den Sensorchip in Zukunft einsetzen, um neue Medikamente zu entwickeln.

Im Rahmen eines weiteren Forschungsprojekts entwickeln die Wissenschaftler einen Sensorchip, der das Tumorwachstum gezielt kontrollieren soll. Der Chip, der einmal in der Nähe des Tumors implantiert werden soll, könnte Krebsmedikamente oder Schmerzmittel nur dann abgeben, wenn der Tumor wächst. Elektrische Impulse steuern die Wirkstoffabgabe. Das Sensorsystem könnte bei inoperablen Tumoren zum Einsatz kommen, etwa an der Bauchspeicheldrüse. EB

Kontakt: TU München, Lehrstuhl für Medizinische Elektronik, Leiter Technologie, Dr.-Ing. Helmut Grothe, E-Mail: grothe@tum.de

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