Mobiler Biochip erkennt Grippestämme

US-Forscher arbeiten an einem portablen Gerät, das auch resistente HIV- und Tuberkulose-Subtypen identifizieren kann.

Die Diagnose einer bestimmten Variante der Influenza ist ein kompliziertes Geschäft: Ärzte und Wissenschaftler benötigen eine High-Tech-Ausrüstung und sitzen oft mehrere Tage an einer Untersuchung. Forscher an der Brown University arbeiten derzeit an einem neuen Biochip, der den Prozess leichter und schneller machen soll – und vor allem mobil.

Endziel ist ein System, mit dem Gesundheitsbehörden neue Ausbrüche von Krankheiten vor Ort schneller erkennen und ihre Ausbreitung überwachen können. Außerdem wäre es mit dem Verfahren möglich, kostengünstig Arznei-resistente HIV- und Tuberkulose-Subtypen zu identifizieren – etwa in Ländern der Dritten Welt.

"Es ist ein Test, der den handelnden Personen sagen kann, ob sie es mit etwas Neuem und Unerwartetem zu tun haben", erläutert Andrew Artenstein, Direktor des "Center for Biodefense and Emerging Pathogens" am Memorial Hospital von Rhode Island, der gleichzeitig Professor an der Brown University ist.

Der neue Biochip vereinfacht die genetische Verstärkung – einen Prozess, der Teil einer ganzen Serie von Schritten ist, die notwendig sind, um den Inhalt einer Blut- oder Gewebeprobe zu bestimmen. Um herauszufinden, unter welchem Grippestamm ein Patient leidet, wird derzeit eine Probe genetischen Materials normalerweise mit zwei alternativen Methoden bearbeitet: entweder mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR), bei der die DNA vervielfältigt wird, oder über eine Nukleinsäuresequenz-basierte Verstärkung, die einsträngige RNA kopiert. Beide Prozesse benötigen Stunden, setzen eine Temperaturregulierung voraus und verlangen nach Umgebungsbedingungen, die sich nur im Labor wirksam kontrollieren lassen.

Artenstein und seine Kollegen haben nun einen Weg gefunden, mit der sich RNA auf einem Chip verstärken lässt, der die Größe einer Kreditkarte hat. Temperaturveränderungen sind nicht notwendig, das Verfahren ist zudem schnell. Auf dem Biochip werden dazu die Zielabschnitte der RNA mit magnetischen Kügelchen markiert. Magneten ziehen diese markierten Stränge dann durch einen engen Kanal und separieren sie von ungebunden Strängen.

"Bei jeder Krankheit gibt es eine spezifische Sequenz, die die RNA identifiziert. Wir greifen diese Sequenz auf", sagt Anubhav Tripathi, der das Verfahren mit Artenstein maßgeblich entwickelt hat und Co-Direktor des "Center for Biomedical Engineering" an der Brown University ist.

Einmal isoliert, müssen nur die Zielstränge repliziert werden – anstatt die gesamte Probe. Der Prozess lässt sich so in einem tragbaren Gerät durchführen, fern von einem Labor. Der Test soll in seiner Endfassung nur Minuten dauern und nicht Stunden, wie Tripathi sagt. Das Verfahren hört auf den Namen "SMART", was für "simple method for amplifying RNA targets" steht. "Mit unserer Methode wollen wir keine RNA oder umgewandelte DNA verstärken. Stattdessen soll dies mit unserer eigenen Messsequenz geschehen, die sehr kurz ist – nur 25 bis 26 Nukleotide."

Victor Ugaz, Dozent für Chemieingenieurwesen an der Texas A&M University, glaubt, der Ansatz löse ein seit langem bestehendes Problem. "Man geht hier plötzlich viel einfacher und sauberer heran als zuvor. Das macht das Verfahren für mobile Anwendungen nutzbar." Seine Einfachheit sei das Schöne an dem Test – und die sei eben nicht trivial.

Samuel Sia, Biomedizintechniker an der Columbia University, hält die neuartige Nukleinsäure-Verstärkung für eine wertvolle Idee. Jede Verbesserung dieses Prozesses sei schnell weitläufig nutzbar. "Das Bedürfnis dafür ist ziemlich universell." Idealerweise sollten aber noch weitere Detektionsschritte auf dem gleichen Mikrofluidik-Chip untergebracht werden, meint er.

Tripathi hofft nun, Gelder aus der Industrie einzuwerben, um mehr Tests mit seinem Prototyp-Biochip durchzuführen. Angesehen hat er sich bereits Influenzaviren, darunter die Schweinegrippe. Proben sammelte er dazu am Memorial Hospital von Rhode Island. Er hofft, die SMART-Methode demnächst auch an HIV-Proben aus einem Krankenhaus in Kenia zu überprüfen. Die Erkennung von HIV selbst ist bereits leicht und einfach. Die Virenmenge, mit der sich prüfen lässt, wie stark ein Patient erkrankt und ob Medikamente anschlagen, lässt sich schon schwerer bestimmen. (bsc)