Diagnose

Biosensor erkennt Schlafkrankheit schon vor ihrem Ausbruch

Forscher entwickeln am Beispiel der Schlafkrankheit ein elektronisches Mess-System zum Nachweis von Erregern, das schnell und kostengünstig ist. Vor allem kann damit noch vor dem Ausbruch der Krankheit eine Diagnose gestellt werden. Ohne Behandlung endet die Krankheit immer tödlich.

Bei der afrikanischen Schlafkrankheit handelt es sich um eine weit verbreitete Tropenkrankheit. Jeden Tag laufen Millionen von Menschen Gefahr, sich mit ihr zu infizieren. Doch nur ein Bruchteil der Betroffenen wird medizinisch überwacht. Übertragen wird die Krankheit von der Tsetsefliege. Über diese gelangen die Erreger (Trypansomen) in die menschliche Blutbahn. Von dort aus können sich die Bakterien bis in das zentrale Nervensystem ausbreiten, wo sie starke Schäden verursachen.

Von der Übertragung bis zum Ausbruch der Krankheit vergehen mehrere Wochen. Wertvolle Zeit, die zur Behandlung fehlt und während der sich die Erreger ungestört vermehren können. Ohne Behandlung endet die Krankheit immer tödlich. Selbst umgehende Gegenmaßnahmen nach dem Auftreten erster Symptome sind nicht immer erfolgreich. Im Endstadium bleibt oft nur der Einsatz von Medikamenten mit starken Nebenwirkungen. Eine frühzeitige Diagnose ist daher umso wichtiger.

Die Schlafkrankheit wird von Tsetse-Fliegen übertragen. Mit einem neuen Testerfahren lässt sich die Krankheit diagnostizieren, noch bevor die ersten Symptome auftreten. (Foto: Flickr/Mandalariangirl)

Die Schlafkrankheit wird von Tsetse-Fliegen übertragen. Mit einem neuen Testerfahren lässt sich die Krankheit diagnostizieren, noch bevor die ersten Symptome auftreten. (Foto: Flickr/Mandalariangirl)

Ärzten der TU Darmstadt ist nun genau das gelungen. Die Forscher konzipierten einen einfachen Schnelltest. „Wir können nun schon vor dem Ausbruch der Krankheit mit wenigen Blutstropfen herausfinden, ob ein Mensch infiziert ist oder nicht”, beschreibt Biochemiker Ulrich Göringer das Grundprinzip. Dazu benutzt man einen biologischen Sensor. In diesem befinden sich Moleküle mit einer spezifischen elektrischen Ladung. Gibt man eine infizierte Blutprobe auf die Sensor-Moleküle, heften sich die Erreger an ihnen an. Es kommt zu einer minimalen Ladungsänderung, aus der sich eine zuverlässige Diagnose ableiten lässt.

Bei den Molekülen im Sensor handelt es sich um sogenannte Aptamere. Diese werden chemisch hergestellt und auf der Elektrode des Schnelltests angebracht. „Es genügen wenige Erreger-Moleküle in einem Blutstropfen”, erklärt Greiner und nennt die Nachweismethode daher „ultrasensitiv”. Bevor die Anwesenheit von Trypansomen in Blut nachgewiesen werden konnte, musste erst deren Abwehrmechanismus umgangen werden. Um sich ungestört zu vermehren, wechseln die Erreger ständig die molekulare Beschaffenheit ihrer Oberfläche. Die Folge ist, dass sich die Immunabwehr nicht auf die Eindringlinge einstellen kann. Die Aptamere sind deshalb so gestaltet, dass sie sich nur an die wenigen unveränderlichen Teile der Trypansomen anheften.

„Das Messverfahren ist denkbar einfach”, freut sich Göringer. „Es ist keinerlei biochemische Aufbereitung notwendig.” Andere geladene Teilchen im Blut lassen sich „als eine Art Rauschen wegdrücken”. Derzeit können die Teststreifen für einen Stückpreis von fünf US-Dollar hergestellt werden. Die Wissenschaftler wollen den Preis aber in den nächsten Jahren auf zwei Dollar pro Stück drücken. „Wir stellen uns vor, die biosensorische Mikroelektrode analog den an der TU Darmstadt entwickelten Verfahren zur gedruckten Elektronik über gängige Druckverfahren als einfache Messchips oder Teststreifen zu produzieren”, erläutert Göringer.

Das bisherige kommerzielle Interesse an einer Weiterentwicklung des Diagnoseverfahrens der Schlafkrankheit ist gering. Doch sind die Darmstädter optimistisch, einen Partner für die Massenproduktion von Teststreifen zu finden. Das Verfahren könnte beispielsweise auch auf andere Infektionskrankheiten ausgedehnt werden, um seine Attraktivität zu erhöhen. „Voraussetzung ist nur, dass Aptamere generiert werden, die die Erregermoleküle spezifisch binden”, erklärt Göringer und fügt hinzu, dass hierin die „Expertise” der TU Darmstadt besteht.

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