Entwicklung eines Cantilever-basierten Sensorchips für einen label-freien, Multiplex-Schnelltest zur Detektion von Protein-Biomarkern zur Krebserkennung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald A. Urban, seit 6/2014
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244492497

Die Identifikation sowie die quantitative Bestimmung von krankheitsspezifischen Protein-Biomarkern im Hochdurchsatz bildet die Grundlage vieler diagnostischer Tests zur schnellen Therapie von verschiedensten Krankheitsbildern, beispielsweise von Krebs. Zahlreiche spezifische und selektive Detektionssysteme sind bereits entwickelt worden. Ein Beispiel stellt z.B. der ELISA Immunoassay dar, welcher heutzutage als Standard eingesetzt wird. Während label-basierte Systeme bereits weit verbreitet sind, stellt jedoch das Labelling an sich einen hohen Zeit- und Kostenaufwand dar. Deshalb ist das Interesse in den Biowissenschaften an label-freien Methoden in den letzten Jahren stetig gewachsen. Mikro- und Nanocantilever Sensoren gehören mit zu den erfolgversprechendsten label-freien Methoden, da sie einen hochempfindlichen und effizienten Wirkungsmechanismus aufweisen, um molekulare Interaktionen in mechanische Sensorgrößen umzuwandeln.Eine neuartige Alternative stellt hier die Methode der Änderung des Flüssigkeitsminiskuses dar, welche durch intermolekulare Wechselwirkungen, wie beispielsweise die Anbindung eines Antikörpers an ein Antigen, hervorgerufen wird. Mit dieser Methode kann ein reines Bindungsereignis durch Verwendung von Kapillarkräften in einen weitaus größeren physikalischen Messeffekt umgewandelt werden. Dieses physikalische Phänomen kann nicht nur zur label-freien Detektion von Proteinen verwendet werden, sondern auch die Basis eines vollkommen neuen Messsystems bilden. In einer vorangegangenen Studie wurde diese Methode bereits eingesetzt, um einen label-freien Immunoassay zu realisieren, der ein Detektionslimit von 1 pg/ml und eine Detektionszeit von 10 Minuten aufweist. In diesem Projekt sollen neue Strategien für die Oberflächenmodifizierung der Cantilever erarbeitet werden, um eine effiziente molekulare Rekognition zu ermöglichen und eine hohe Oberflächenbeladung von Biomolekülen bei gleichzeitiger guter Oberflächenpassivierung zu erzielen. Weiter soll der Sensorchip durch eine integrierte Mikrofluidik erweitert werden, um eine Analytvorprozessierung vorzunehmen und darüber hinaus weitere Cantilever-Varianten zu entwerfen, sowie neue Fertigungstechnologien zu optimieren, die ein besseres Signal zu Rauschverhältnis aufweisen sollen, Dadurch wird eine schnelle, label-freie und gemultiplexte Detektion von Protein Biomarkern zur Krebserkennung ermöglicht. Das hier vorgestellte Sensor-Design soll einfach zu handhaben und kompatibel zu weiteren Biomarkern sein. Mit diesem Sensorsystem sollen abschließend auch reale Proben von Krebspatienten getestet werden. Dieses Mikrosensor-System soll ein Schnelltest ermöglichen, welcher fünf Krebs-Protein-Biomarker gleichzeitig detektieren kann und dadurch eine schnellere, sowie kostengünstigere Detektionsmöglichkeit von Biomarkern darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Thomas Brabletz
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Tsung-I Yin, bis 6/2014