Gleichzeitige elektrochemische Detektion von miRNAs in menschlichen Körperflüssigkeiten: Entwicklung eines integrierten Multiplex-Mikrofluidik RNA-Sensors

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald A. Urban; Professor Dr. Gernot Zissel
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biochemie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Pneumologie,Thoraxchirurgie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286656930

Dieses Projekt zielt darauf ab, ein schnelles, zuverlässiges und hochempfindliches elektrochemisches MicroRNA (miRNA) Lab-on-a-Chip (LOC) Nachweissystem mit Multiplex-Mikrofluidik zur frühen, einfachen und gleichzeitigen miRNA-Detektion in klinisch-relevanten Proben (einschließlich aber nicht beschränkt auf Blutplasma, Speichel, Urin, Serum oder Vollblut) zu entwickeln. Weiterhin ist es zur Entdeckung von verschiedenen miRNAs als potentielle Biomarker für Lungentumoren und interstitieller Lungenkrankheiten (ILD) gewidmet, die später für die diagnostische und prognostische Zwecke in den klinischen Umgebungen verwendet werden können, unter anderem auch in einem solchen mikrofluidischen Plattform.Die frühzeitige Erkennung von Krankheitserregern spielt eine Schlüsselrolle in der klinischen Medizin und erhöht gleichzeitig die Überlebenschancen der Patienten. MiRNAs sind kleine RNA-Moleküle, die eine wichtige regulatorische Rolle bei der Regulation der Genexpression spielen. Einige miRNAs sind in einer krankheitsspezifischen Weise exprimiert und kann in entweder erhöhter oder verringerter Konzentration nachgewiesen werden.Daher gewinnen miRNAs zunehmend an Bedeutung als Biomarker für Krebs, Herzkreislauferkrankungen und ILD. Während des letzten Jahrzehnts wurde es gezeigt, dass miRNAs in klinisch relevanten Proben (z.B. Blutplasma, Serum, Speichel und Urin) sehr gut erhalten sind und deutlich höhere Empfindlichkeit als auf Protein basierte Biomarker beweisen. Diese Aspekte favorisieren miRNAs basierte Nachweissysteme in der zukünftigen Diagnostikgeräte als Standard und werden uns ermöglichen, andere Proben wie Urin oder Speichel, und/oder geringe Probenvolumina für die Detektion zu verwenden.Miniaturisierte Diagnostiksysteme beschleunigen den spezifischen und sensitiven Nachweis verschiedener Biomarker, die in vielen Bereichen der Medizin angepasst werden können. Die Kombination von Mikrofluidik mit der Massenproduktion ermöglicht die Herstellung von günstigen und tragbaren Point-of-Care (POC) Diagnostiksysteme, die viele zusätzliche Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und geringen Probenverbrauch bringen.Die neue miRNA Nachweisverfahren, die mit Hilfe dieses Projektes realisiert wird, mit einer einzigartigen Kombination aus verschiedenen Forschungsbereichen (Mikrotechnik, Mikrofluidik und Biomedizin) wird die Diagnose und die Therapie von ILD unterstützen. Die erfolgreiche Demonstration der vorgeschlagenen miRNA-Detektionssystem liefert den Vorteil, dass miRNAs direkt ohne Amplifikation gemessen werden können. Die Proof-of-principle Messungen zeigen vielversprechende Ergebnisse und lassen uns motivieren, die bereits vorhandenen Immunosensoren mit unterschiedlichen Verstärkungsansätze zu kombinieren, um eine miRNA-Profiling-Plattform ohne teure PCR-Amplifikationsschritt zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen