Neuer 3D-Chip ist wahrer Alleskönner

Revolutioniert dieser am BBZ der Universität Leipzig entwickelte 3-D-Chip das Gesundheitswesen?
Revolutioniert dieser am BBZ der Universität Leipzig entwickelte 3-D-Chip das Gesundheitswesen?

Ein am Biotechnologisch-Biomedizinischen Zentrum (BBZ) der Universität Leipzig entwickelter Chip könnte das Gesundheitswesen revolutionieren: „Der Chip kann zur Diagnostik, Therapie und Therapiekontrolle eingesetzt werden“, beschreibt Professorin Dr. Andrea Robitzki das von ihrer Arbeitsgruppe an der Professur für molekularbiologisch- biochemische Prozesstechnik am BBZ in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Ilmenau kreierte Wunderwerk. Über eine mögliche Anwendung, nämlich die Beurteilung der Wirksamkeit von beispielsweise Krebsmedikamenten, hat jetzt das renommierte Fachblatt „Chemistry World“ der Royal Society of Chemistry jüngst berichtet. Doch die Möglichkeiten des Chips gehen weit darüber hinaus.

Für den Laien sieht der Chip auf den ersten Blick aus wie ein gewöhnliches Computerbauteil. Doch Professor Robitzki lenkt den Blick auf die spiegelnde Oberfläche, auf der kleine Einkerbungen erkennbar sind. „In diese Kavitäten oder Töpfchen können wir Gewebeproben einlegen und anschließend Wirkstoffe einbringen“, erläutert sie. So geschehen mit Proben von Melanomen, dem gefürchteten Schwarzen Hautkrebs, die mit Wirkstoffen verschiedener Krebsmedikamente behandelt wurden. An den kleinen Töpfchen des Chips liegen vier Elektroden an, die Ströme durch das Untersuchungsgut leiten. „Wenn der Wirkstoff zum Tod der Krebszellen führt, dann werden die Zwischenräume im Gewebe größer und der elektrische Widerstand des Gewebes sinkt“, erklärt die Wissenschaftlerin. Innerhalb von Millisekunden kann hier nachgewiesen werden, wofür man im Labor mit herkömmlichen Methoden wie der mikroskopischen Untersuchung von Gewebeschnitten Wochen bräuchte.

Auch bei der schwierigen Behandlung von Brustkrebs könnte der Chip von Nutzen sein. „Tumoren sind sehr individuell“, so die Wissenschaftlerin. Bisher stehen Ärzte bei der Therapie solcher Karzinome vor der schwierigen Aufgabe, das Medikament auszuwählen, das den besten Erfolg verspricht. „Die Entscheidung darüber würde bei Einsatz des Chips auf der Basis gesicherter Daten erfolgen“, unterstreicht Professorin Robitzki. Auf den individuellen Tumor könnte die Medizin mit einer individuellen Therapie reagieren.

Damit wäre nicht nur den Ärzten und Patientinnen geholfen, sondern auch ein zusätzliches Risiko würde minimiert: Kommt nämlich ein für den Tumor ungeeigneter Wirkstoff zum Einsatz, kann sich als Effekt infolge einer Resistenz auch ein aggressiveres Wachstum der Krebszellen einstellen. Dies konnten die Leipziger Wissenschaftler schon nachweisen. „Der Chip ermöglicht Langzeitbeobachtungen, wie sie im Labor nur sehr schwierig machbar sind, wenn sie denn überhaupt möglich sind“, so Robitzki.

Im Labor wird zu einem mehr oder weniger willkürlich gewählten Zeitpunkt festgelegt, wann die Zellen untersucht und dafür zerstört werden müssen. Wenn aber die Nebenwirkung oder ein unerwünschter Effekt drei Stunden später eintritt, kann er mit der untersuchten Probe nicht nachgewiesen werden. Im Chip hingegen wird lebendes Gewebe untersucht, ohne das es dabei beeinflusst oder zerstört werden muss.

Doch auch bei anderen Geweben kann der 3-D-Chip zur Anwendung kommen.

Professor Robitzki nennt als Beispiel den Herzmuskel. „Zellen aus diesem Muskel verhalten sich genau so wie ein kontrahierender Herzmuskel“, beschreibt sie. So sind bei diesen Zellen die gleichen Kontraktionen zu beobachten wie bei einem schlagenden Herzen. Arbeitet das Organ nicht richtig, so entstehen die berüchtigten Herzrhythmusstörungen. Mit dem neuen Chip ist es möglich, die Zellen des Muskels mit Wirkstoffen zu versorgen, die den Rhythmusstörungen entgegenwirken. Und nicht nur das: „Wir können anhand der gemessenen Reaktion auch feststellen, ob das verabreichte Mittel zu Nebenwirkungen führt.“ So kann von vornherein die Gefahr vermindert werden, dass durch die Gabe von „falschen“ Medikamenten der Teufel mit dem Beelzebub ausgetrieben wird.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Entwicklung neuer Arzneimittel.

Bislang ist der Weg zu einem neuen Medikament lang und steinig: Von Millionen von Substanzen bzw. Wirkstoffkandidaten ausgehend werden in aufwändigen Verfahren für die gewünschte Wirkung ungeeignete Stoffe ausgesondert, die verbleibenden werden in Tier- und klinischen Versuchen getestet bevor schließlich ein Medikament Marktreife hat – ein Prozess, der derzeit 10 bis 15 Jahre dauert. Mit dem Leipziger Chip könnte nicht nur die Entwicklungszeit drastisch verkürzt, sondern zudem die Zahl der notwendigen Tierversuche dramatisch reduziert werden, weil Experimente viel gezielter durchgeführt werden können.

Rund ein Jahr Entwicklungszeit steckt in dem neuen Chip, der sich als wahrer Alleskönner beweist. Doch der Aufwand hat sich gelohnt:

„Erstmals konnten wir ein Modell schaffen, in dem viele Informationen gleichzeitig abgerufen und mehrere Wirkstoffe parallel getestet werden können, wobei wir zugleich mit sehr geringen Wirkstoffmengen auskommen und Ergebnisse in Echtzeit sichtbar werden“, fasst Dr. Robitzki zusammen. Kein Wunder, dass auf der Basis dieser Forschungsarbeit ein „mitteldeutsches Konsortium“ bestehend aus dem BBZ, der Keyneurotek Pharmaceuticals AG Magdeburg, dem Fraunhofer-Institut für Fabrik- und Automationstechnologie Magdeburg sowie dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie der TU Ilmenau, wie Andrea Robitzki es nicht ohne Stolz nennt, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in den kommenden drei Jahren mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird. Derartige Hochdurchsatztestverfahren sollen dann für die Testung von neuen Wirkstoffen gegen die Alzheimer-Krankheit weiter entwickelt und bereitgestellt werden.

Das alles und noch viel mehr können Sie erkunden, zur „Langen Nacht der Wissenschaften“ in der BIO CITY, dem Biotechnologisch- Biomedizinischen Zentrum der Universität Leipzig, am 28. Juni 2008 in der Zeit von 18 bis 24 Uhr.

Jörg Aberger

weitere Informationen:

Prof. Dr. Andrea Robitzki
Telefon: 0341 97-31240
E-Mail: andrea.robitzki@bbz.uni-leipzig.de
www.bbz.uni-leipzig.de

Pressemitteilung Universität Leipzig, Sandra Hasse


Krebszeitung

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  • Abbau der extrazellulären Matrix durch die invasive Brustkarzinomzellinie - Quelle: Universität Stuttgart
    Brustkrebs

    Wissenschaftler um PD Dr. Marcus Schmidt von der Klinik und Poliklinik für Geburtshilfe und Frauenkrankheiten der Universitätsmedizin Mainz und Univ.-Prof. Dr. Jan G. Hengstler von Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund haben erstmals gezeigt, das Immunglobulin Kappa C (IGKC), ein integraler Bestandteil des Immunsystems, mit einer deutlich verbesserten Prognose bei Brustkrebs und mit einer erhöhten Empfindlichkeit auf eine Chemotherapie assoziiert ist. Der günstige Effekt fand sich auch bei Patienten mit Darmkrebs und Lungenkarzinomen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Clinical Cancer Research“ veröffentlicht.

    Obwohl die zentrale Rolle des Immunsystems für die Prognose von Tumorerkrankungen generell akzeptiert ist, wurde bisher kein einzelner Bestandteil des Immunsystems als zuverlässiger Marker identifiziert. In früheren Arbeiten konnte die Mainzer Arbeitsgruppe bereits zeigen, dass Gene bestimmter Zellen des Immunsystems – vor allem B-Zellen und T-Zellen – einen Einfluss auf die Prognose von Brustkrebs haben. Dies gelang mithilfe so genannter Genexpressionsanalysen. Dabei kann eine Vielzahl von Genen im Hinblick auf ihre Aktivität im Tumorgewebe identifiziert und charakterisiert werden. „Um die klinische Anwendbarkeit zu verbessern, haben wir uns gefragt, ob der Einfluss dieser ganzen Gruppe von Genen der B-Zellen sich nicht auf ein einziges Gen – und damit auf einen einzigen Marker – zurückführen lässt“, erläutert Dr. Marcus Schmidt, Oberarzt an der Frauenklinik der Universitätsmedizin Mainz. „Dabei stießen wir auf Immunglobulin Kappa C, das eine vergleichbare Aussagekraft hat wie die gesamte Gruppe von Genen, die wir in unserer früheren Arbeit identifiziert hatten.

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    Zu den Mythen über Krebs gehört die Ansicht, dass Krebs eine Krankheit sei, die vor allem in reichen und gut entwickelten Ländern auftritt. Die gemeinnützige Krebsallianz weist zum Weltkrebstag darauf hin, dass von Krebs vor allem die Menschen in Entwicklungsländern betroffen sind. Es fehlt an effektiven Behandlungsmethoden und
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    Berlin, 28. Januar 2013 – Krebs ist eine Pandemie! Jedes Jahr sterben mehr Menschen an Krebs als an AIDS, Tuberkulose und Malaria zusammen. Und von den 7,6 Millionen Krebsopfern im Jahr stirbt mehr als jeder Zweite in einem armen Land. Oft sind es grausame Tode. Aus Scham werden die Kranken versteckt. Sie erhalten keine Behandlung, keine Schmerzmittel und sterben grausam.

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