Gedruckte Nanoschaltkreise erschnüffeln Östrogene

Ein neuartiger Sensor soll bei der Behandlung von Unfruchtbarkeit und anderen hormonellen Erkrankungen helfen.

Ähnlich wie Blutzuckermessinstrumente die Diabetes-Bekämpfung revolutioniert haben, könnte ein neues Gerät des kalifornischen Start-ups Aneeve Nanotechnologies bald die Therapie hormoneller Störungen erleichtern. Der darin enthaltene Sensor soll unter anderem bei der Erforschung und Behandlung von Unfruchtbarkeit eingesetzt werden und könnte zudem bessere Daten zur Menopause und über mit Hormonschwankungen in Verbindung stehende Krankheiten liefern.

Aneeve ist Teil eines neuen Technologie-Gründungsprogramms der University of California in Los Angeles (UCLA). Die Firma will in wenigen Jahren kostengünstige Detektoren bauen, die sich mittels bestehender Drucktechniken und einer Tinte aus Kohlenstoffnanoröhrchen herstellen lassen. So entstehen Nanoschaltkreise, deren elektrische wie optische Eigenschaften sich verändern, wenn sie sich an das natürliche Östrogen Estradiol binden. Diese Daten werden dann per Funk an ein Auswertungsgerät übertragen. Aneeve-Manager Kosmas Galatsis meint, Ziel sei ein Tester, der sich genauso einfach wie ein Blutzuckermessgerät einsetzen lasse.

Aktuell existiert noch keine einfache und billige Methode, Hormonfluktuationen bei Frauen regelmäßig zu messen. "Hormonmessinstrumente, die Menschen wirklich helfen, ihre Hormone auf dem gewünschten Niveau zu halten, existieren bislang im Gegensatz zu Glukosemessgeräten auf dem Markt noch nicht." Bei klinischen Studien oder der Behandlung von Unfruchtbarkeit sind deshalb regelmäßige Blutproben notwendig, die dann bis zu zweimal täglich in einem Labor ausgewertet werden müssen.

Mit einem einfachen Heimmessgerät könnten Frauen ihr Hormonniveau dagegen ständig im Blick behalten. Funktionieren soll das ähnlich wie bei Diabetikern: Die Benutzerinnen stechen sich mit einer kleinen Nadel in den Finger und geben diesen Blutstropfen dann auf einen Wegwerfstreifen aus Kohlenstoffnanoröhrchen. "Wenn eine Frau nicht schwanger wird, lässt sich das Hormonniveau über mehrere Monate lang beobachten, um die Befruchtung dann bei optimalen Werten durchzuführen", sagt Galatsis.

Die Forscher bei Aneeve glauben außerdem, dass sich mit dem Gerät die Abläufe in den Wechseljahren besser erforschen lassen könnten – um die Entscheidung, ob eine Hormonersatztherapie sinnvoll ist, möglichst genau treffen zu können. "Wenn man einen billigen Test für einen Cent pro Einheit hätte, der genau genug ist und gleichzeitig sogar mehrere Parameter messen kann, erlaubt das mehr Wissenschaft auf dem Gebiet", meint Kumar Duraiswamy, ein Arzt, der die Aneeve-Technik kennt. Derzeit sei es weder einfach noch billig, sich jeden Tag testen zu lassen.

Galatsis zufolge ist der Hormonsensor nur die erste Anwendung auf Basis einer neuen Technologieplattform, die auf Forschungsarbeiten der Nanowissenschaftler Kang Wang und Chongwu Zhou von UCLA und der University of Southern California basiert. "Das Neuartige daran ist, dass wir billige Technologie von der Stange nehmen können, um jederzeit überall zu drucken." Dafür sei quasi jeder Tintenstrahler geeignet: "Wir müssen einfach nur die Patrone auswechseln und können dann jede Art von Sensoren oder Funkschaltkreisen produzieren."

Finanziert wird das Projekt unter anderem von der Militärforschungsbehörde DARPA. Den Anfang sollen Östrogene und andere Hormone machen, bei denen es derzeit akuten Bedarf gibt. Bislang konnte im Labor gezeigt werden, dass die Aneeve-Technik grundsätzlich funktioniert, allerdings liegt die Genauigkeit momentan noch im Nanogramm-pro-Milliliter-Bereich. Damit ein Blutstropfen vom Finger als Probe ausreicht, muss die Empfindlichkeit noch auf ein Picogramm pro Milliliter erhöht werden.

Jerome Lynch, Ingenieur an der University of Michigan, hält die Kombination verschiedener Techniken für äußerst spannend. Die Innovation liege in der Integration unterschiedlicher Ideen, die andere bislang nur einzeln untersucht hätten. "Außerdem werden Technologien ausgebeutet, die kosteneffizient sind. Zuvor hat man sich eher auf den Proof-of-Concept-Bereich konzentriert. Aneeve entwickelt direkt kommerziell, auch was die Skalierung anbetrifft." Nicholas Kotov, Nanotechnologie-Ingenieur an der University of Michigan, sieht das ähnlich: "Der Einsatz der Tintenstrahldrucktechnik für Sensoren ist besonders im hormonellen Untersuchungsbereich interessant."

Im Endausbau plant Aneeve ein kleines Gerät, das sich beispielsweise in ein Smartphone einschieben ließe. Es würde dann die Daten des Sensorstreifens in ein elektronisches Logbuch übertragen, das Ärzten und Patienten hilft, stets den Überblick über die hormonelle Situation zu behalten. Aktuell besteht das Labor von Aneeve aus wenig mehr als einem Arbeitstisch im Gründerzentrum der UCLA. Mehr braucht es aber auch nicht: Die Hochschule stellt unter anderem ein Reinlabor, Drucktechnik und andere Ausrüstung bereit. "Unser nächster Schritt ist es nun, die Sensorplattform weiter zu optimieren", sagt Galatsis. Ein ausentwickelter Prototyp soll in anderthalb Jahren fertig sein. (bsc)