Innovation in Krebsbehandlung
AIT entwickelt neuartige Biosensoren für präzisere Diagnostik von Blutproben. Gegenüber bisherigen Verfahren soll neue Variante zusätzliche Informationen für medizinische Beurteilung bringen und weniger ressourcenintensiv sein.
Die sogenannte „Liquid Biopsy“ gilt in der modernen Medizin als großer Fortschritt. Diese Form der Untersuchung kann Gewebeanalysen ergänzen und zusätzliche Informationen für die medizinische Beurteilung sowie wertvolle Rückschlüsse für die Diagnose und Behandlung von Krankheiten liefern. Operativ werden bestimmte Biomoleküle (Nukleinsäuren wie DNA oder RNA) auf nichtinvasive Weise – also ohne belastenden Eingriff in den Körper – in Blut oder anderen Körperflüssigkeiten nachgewiesen.
Europäisches Konsortium mit Expertise in Diagnostik, Materialien und Krebsforschung
Bei bestimmten Formen von Brustkrebs können etwa Mutationen in bestimmten Genen (Anm. PIK3CA-Gen) therapeutisch relevant sein, die sich auch anhand zirkulierender Tumor-DNA im Blut untersuchen lassen. Die hier eingesetzten Analyseverfahren müssen besonders empfindlich sein, da die gesuchten DNA-Veränderungen oft nur in sehr geringen Mengen vorliegen. Das ist mit modernen Labormethoden, insbesondere mit PCR-Verfahren, möglich. Diese analytischen Verfahren sind allerdings ressourcenintensiv und verursachen einen erheblichen Verbrauch an Material, was die Testfrequenz und den Zugang in der Routineversorgung begrenzt.
Das aktuelle EU-Projekt „SmartSens“ (Advanced Materials for Sustainable Nucleic Acid Biosensing) nimmt sich nun diesen Herausforderungen an. Unter der Leitung des Austrian Institute of Technology (AIT) forschen Partner aus Österreich, Tschechien, Finnland, der Türkei und Polen an einem flexiblen, siebdruckbasierten Biosensorsystem zum Nachweis von Nukleinsäuren in Blutproben. Im Projektkonsortium sind Kompetenzen aus Molekulardiagnostik, Biosensorik, Materialwissenschaft, gedruckter Elektronik und klinischer Krebsforschung gebündelt. Das Projekt ist Anfang Juni gestartet, läuft über drei Jahre und verfügt über ein Gesamtbudget von 1,3 Millionen Euro.
Neue Materialien für Biosensorik, Mikrofluidik und DNA-Analyse
Konkret zielt SmartSens auf die Entwicklung eines Sensorsystems ab, das den Nachweis dieser PIK3CA-Mutationen im Zusammenhang mit Brustkrebs technisch weiterführt und zugleich neue Ansätze für ressourcenschonende diagnostische Plattformen eröffnet. SmartSens setzt an der Schnittstelle zwischen molekularer Präzision, Materialentwicklung, anwendungsorientierter Biosensorik und potenziell skalierbaren Herstellungsverfahren an.
Aufbauend auf einem elektrochemischen Assay werden dabei zentrale Komponenten für die DNA-Analyse weiterentwickelt. Dazu zählen biopolymerbasierte Materialien für mikrofluidische Strukturen, Cellulose-basierte Werkstoffe zur DNA-Aufreinigung, neuartige Kupfermaterialien für gedruckte Elektronik sowie nicht-enzymatische und markierungsfreie Verfahren zur DNA-Detektion.
Technologische Grundlage für weitere Anwendungen
„SmartSens verbindet präzise molekulare Analytik mit der Frage, wie diagnostische Technologien materialseitig effizient, funktional und nachhaltig weiterentwickelt werden können“, sagt Eva Melnik, Senior Scientist am Center for Health and Bioresources im AIT und Koordinatorin des Projekts. SmartSens adressiert damit nicht nur eine konkrete Herausforderung der molekularen Diagnostik, sondern verknüpft sie mit einem breiteren Entwicklungspfad für Biosensorik, Medizintechnik und gedruckte Elektronik.
Über den konkreten Anwendungsfall in der Brustkrebsforschung hinaus können die entwickelten technologischen Bausteine für die Nukleinsäure-Biosensorik auch für weitere Bereiche der Molekulardiagnostik relevant werden. Ein Beispiel dafür ist das Projekt „FlexDNA“ (Advanced materials for sustainable flexible electronics for On-Chip PCR), das im September offiziell startet und von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützt wird. In dem Projekt mit einer Laufzeit von drei Jahren kooperieren ebenso unter Leitung des AIT Partner aus Österreich und Tschechien. Das Gesamtbudget liegt bei 1,77 Mio. Euro.
Häufigere und bessere Überwachung von Leukämie
Im Zentrum von FlexDNA steht der Nachweis von RNA-Molekülen im Blut für die Diagnose, Risikoklassifizierung und molekulare Überwachung bei akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) und chronischer myeloischer Leukämie (CML). Damit lassen sich Behandlungsziele definieren, die Therapie anpassen und Rückfälle frühzeitig erkennen. Im Projekt wird ein thermokonvektionsgesteuerter, flexibler PCR-Chip entwickelt, der die molekulare Leukämie-Überwachung effizienter, ressourcenschonender und breiter zugänglich zu macht.
Dabei werden elektrochemische Nachweisverfahren mit ökologisch konzipierten elektronischen Komponenten, neuartigen Materialien und energieeffizienter Elektronik kombiniert. „Das Ziel ist eine miniaturisierte, abfallarme und dezentrale Lösung, die häufigere Testungen, einen breiteren Zugang zu Präzisionsbehandlungen außerhalb spezialisierter Referenzlabors, eine frühzeitigere Erkennung molekularer Rückfälle und damit frühere und häufigere PCR-gestützte Therapieentscheidungen ermöglich“, so das AIT in einer Aussendung