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Artikel "Mini-Labor weckt große Hoffnungen" in der Apotheken Umschau vom 15. Dezember 2009:
Diagnostik: Forscher arbeiten daran, komplette Analyselabore auf die Größe eines Mikrochips zu schrumpfen
Tumorzellen sind unberechenbar: Wie aggressiv sie wuchern und ob sie auf eine Chemotherapie ansprechen, ist von Patient zu Patient verschieden. Im Schnitt schlagen zwei Therapieversuche fehl, bis der Arzt den passenden Wirkstoff gefunden hat. Patienten verlieren daher oft kostbare Zeit. Dies könnte sich bald ändern: Ein neues Testverfahren für Krebsmedikamente soll künftig schon im Vorfeld ermitteln, ob die Tumorzellen auf einen bestimmten Wirkstoff reagieren. Das Besondere daran: Der an der Technischen Universität München entwickelte Test spielt sich in einem „Mini-Labor“ ab. Das bedeutet, dass der aufwendige, aus zahlreichen Einzelschritten zusammengesetzte Untersuchungsprozess auf einem Chip in Daumennagelgröße abläuft. Auf dessen Oberfläche werden an die 50000 Tumorzellen eines Patienten aufgebracht und rund um die Uhr von Nährflüssigkeit und Krebswirkstoffen umspült. Währenddessen messen Mikrosensoren den Sauerstoffverbrauch der Tumorzellen und registrieren, wie sich deren Gestalt verändert. „Dadurch erhalten wir in kürzester Zeit genaue Angaben über den Zustand der Zellen und können daraus eine maßgeschneiderte Therapie für den Patienten ableiten“, erklärt Dr.-Ing. Joachim Wiest, Geschäftsführer der Firma cellasys, die den Chip nach Abschluss der Forschungsarbeiten vermarkten will.
Analyse im Chip-Labor
Mit der Biochip-Technologie schreitet die Miniaturisierung der Technik in Medizin und Diagnostik weiter voran. Sie dient als Plattform für die unterschiedlichsten medizinischen Untersuchungen und trägt bildhafte Bezeichnungen wie zum Beispiel „Minilab“, „Laboratorium im Westentaschenformat“ oder „Lab-on-a-chip“. So wie im Lauf der Jahre raumfüllende Großrechner zu winzigen Prozessoren zusammenschrumpften, sollen nun auch im Bereich der Chemie komplette Analyselabore aufgerade einmal münzgroßen Chips Platz finden. Die Verheißungen der Liliput-Laboratorien sind verlockend: Zunächst sollen sie Untersuchungen billiger machen, aber vor allen Dingen zeitaufwendige Tests verkürzen. Wenn ein Arzt derzeit einen Speichelabstrich von einem infektgeschwächten Patienten macht, vergehen durchschnittlich zwei Tage vom Probentransport in das Labor bis zur Übermittlung des Befunds. Das verzögert den Beginn der Therapie und kann – je nach Erreger – deren Erfolg verringern.
Die Medizin wird individueller
In Zukunft könnten Ärzte mithilfe winziger Diagnostiksysteme solche Untersuchungen in der eigenen Praxis durchführen. Die auf molekularen Verfahren basierenden Tests eignen sich sowohl für den Nachweis von Erbsubstanz als auch von Proteinen. Daher sind sie ideal, um Bakterien und Viren, Allergien oder Stoffwechselerkrankungen aufzuspüren. Auch der Traum einer „personalisierten Medizin“ rückt dadurch näher – einer Medizin, die bestmöglich und individuell auf den einzelnen Patienten zugeschnitten ist. „Zurzeit sind die Dosierungshinweise auf den Beipackzetteln von Medikamenten noch unabhängig von Geschlecht und genetischer Veranlagung“, sagt Dr. Thomas Velten vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik. „Mit einem Mini-Labor auf der Grundlage eines genetischen Tests ließe sich in kürzester Zeit für jeden einzelnen Patienten die optimale Arzneistoffdosis bestimmen.“ Optimal in dem Sinn, dass das Medikament bestmöglich wirkt und minimale Nebenwirkungen zeigt. Glaubt man den Prognosen von Diagnostika-Herstellern, so steht der Durchbruch der Miniatur-Labore unmittelbar bevor. Für so gut wie jede medizinische Fragestellung werde es bald eigene Schnelltests im Scheckkartenformat sowie handliche Lesegeräte zur Auswertung geben. Je nach Untersuchungszweck würden die Tests dann beim Arzt, in der Apotheke oder auch zu Hause beim Patienten erfolgen. „Patientennahe Labordiagnostik“ oder englisch „Point-of-care-testing“ nennen Fachleute das. An Ideen hierfür, Patenten und Forschungsvorhaben mangelt es tatsächlich nicht. Weltweit arbeiten Wissenschaftler intensiv daran, neue „Vor-Ort-Tests“ zu entwickeln. Die Schwelle zur Arztpraxis oder zum Patienten haben aber erst wenige überschritten, darunter der Schwangerschafts- und der Blutzuckertest. Für Patienten, die blutverdünnende Mittel einnehmen, sind die Mini-Labore ebenfalls schon Realität. Das liegt daran, dass es sich um vergleichsweise einfache Tests handelt, die auf biochemischen Vorgängen basieren.
Hoher Preis bremst Einführung
Für Laborchips, die auf komplexere Fragestellungen zielen, zeichnet sich der Durchbruch dagegen erst langsam ab. Dazu Velten: „Häufig haben hochentwickelte Lab-on-a-chip-Sys-teme noch nicht die Qualitätsstandards herkömmlicher Labortests.“ Eine weitere Hürde sei der hohe Preis, denn für ihre Herstellung ließen sich oft noch keine Massenproduktionsverfahren nutzen. „Die Sys-teme werden sich deshalb zuerst dort durchsetzen, wo man schnelle Ergebnisse braucht.“ Zum Beispiel als Testverfahren für Medikamente in der Krebstherapie.
Dr. Luitgard Marschall
Lab-on-a-chip-Technologie
Ein Chip-Labor ist die Miniaturausgabe eines herkömmlichen Analyselabors. Es besteht aus einem nur wenige Millimeter bis Zentimeter großen Plättchen aus Glas oder Kunststoff, in das winzige Kanäle und Reaktionskammern eingraviert sind. Chemische, biologische oder medizinische Untersuchungen finden hier auf engstem Raum statt.
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