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Mikrofluidik-Chip mit CRISPR/Cas-Methode

Prototyp: Ein Sensor zum Krebs-Schnelltest

| Redakteur: Christian Lüttmann

Krebsdiagnostik per Mikrochip – das soll mithilfe eines neuen Sensorsystems in einigen Jahren schnell und unkompliziert möglich sein. Dazu haben Forscher einen Mikrofluidik-Chip entwickelt, der mithilfe der „Genschere“ CRISPR/Cas bestimmte Biomarker in Blutproben nachweist. Ein Prototyp ist bereits im Test.

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In einer Studie stellen Forschende der Universität Freiburg einen CRISPR-Biosensor vor, der dabei helfen soll, Krankheiten wie Krebs besser zu diagnostizieren.
In einer Studie stellen Forschende der Universität Freiburg einen CRISPR-Biosensor vor, der dabei helfen soll, Krankheiten wie Krebs besser zu diagnostizieren.
(Bild: Uni Freiburg, Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201905311))

Freiburg – Die CRISPR/Cas-Methode kann mehr als Gene verändern. Ein Freiburger Forscherteam nutzt diese „Genschere“, mit der sich das Erbgut bearbeiten lässt, um Krankheiten wie Krebs besser zu diagnostizieren. In einer Studie stellen die Forscher einen auf dieser Technik basierenden Mikrofluidik-Chip vor, der kleine RNA-Stücke erkennt, die auf eine bestimmte Krebsart hinweisen – und nach Aussage der Forscher soll das schneller und mit größerer Genauigkeit gelingen als bei bisherigen Verfahren.

Die Leistung des neu entwickelten CRISPR-Biosensors testeten sie an Blutproben von vier Kindern mit diagnostizierten Hirntumoren. „Unser elektrochemischer Biosensor ist fünf- bis zehnmal sensitiver als die anderen Anwendungen, die CRISPR/Cas für die RNA-Analyse nutzen“, sagt Mikrosystemtechniker Dr. Can Dincer, einer der Teamleiter.

Spurensuche im Blut

Doch wie soll dem Mikrochip die Diagnose von Krankheiten wie Krebs gelingen? Dazu nutzt er so genannte Mikro-RNAs: Das sind kurze Moleküle, die zwar im Chromosomensatz codiert sind, aber nicht wie andere RNA-Sequenzen in Eiweiße umgeschrieben werden. Bei manchen Krankheiten wie Krebs oder neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Alzheimer lassen sie sich im Blut vermehrt nachweisen, fungieren also als Biomarker. Für bestimmte Krebsformen verwenden Ärzte sie bereits als Erkennungsmerkmal.

Doch erst der Nachweis von einer Vielzahl solcher Signalmoleküle lässt eine Diagnose zu. Der Biosensor der Freiburger Forscher muss also in der Lage sein, mehrere Molekülarten gleichzeitig zu detektieren. Eine derzeit im Test befindliche Version erkennt bereits bis zu acht unterschiedliche RNA-Marker gleichzeitig, schreiben die Wissenschaftler.

Schlüssel-RNA entlässt Genschere

Der CRISPR-Biosensor funktioniert folgendermaßen: Ein Tropfen Serum wird mit einer Reaktionslösung gemischt und auf den Sensor getropft. Enthält die Probe die gesuchte RNA, bindet dieses Molekül an einen Proteinkomplex in der Lösung und öffnet dadurch die Genschere – ähnlich wie ein Schlüssel, der ein Schloss und damit eine Tür öffnet.

Das so aktivierte CRISPR-Protein schneidet Reporter-RNA-Stücke ab, an denen Moleküle hängen, die Strom erzeugen. Dadurch verringert sich die Stromstärke des Sensors. Diese Stromänderung lässt sich elektrochemisch messen und zeigt an, ob die gesuchte Mikro-RNA in der Probe ist. „Das Besondere an unserem System ist, dass es ohne die Vervielfältigung der Mikro-RNA auskommt, denn dazu bräuchte es spezialisierte Geräte und Chemikalien. Das macht unser System günstig und erheblich schneller als andere Verfahren“, erläutert Dincer.

Die Forscher streben an, das System in etwa fünf bis zehn Jahren so weiterzuentwickeln, dass es für Krankheiten mit etablierten Mikro-RNA-Markern einen ersten Schnelltest gibt, der direkt in Arztpraxen verwendet wird.

Originalpublikation: Richard Bruch, Julia Baaske, Claire Chatelle, Mailin Meirich, Sibylle Madlener, Wilfried Weber, Can Dincer, Gerald A. Urban: CRISPR/Cas13a powered electrochemical microfluidic biosensor for nucleic acid amplification-free miRNA diagnostics, Adv. Mater (2019); DOI: 10.1002/adma.201905311

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