Medizinische Diagnose von Krankheiten mit einem Smartphone möglich?

Von Charlie Meier

Ein auf dem Smartphone tragbares Mikroskop könnte laut Forschern durch eine Nanoantenne einzelne Moleküle erkennen und die medizinische Diagnose erleichtern. Biomarker spielen eine zentrale Rolle bei der Diagnose von Krankheiten und der Beurteilung ihres Verlaufs. Zu den derzeit verwendeten Markern zählen Gene, Proteine, Hormone, Lipide und andere Moleküle. Die meisten von ihnen haben jedoch eines gemeinsam: Sie treten in extrem geringen Konzentrationen auf und sind daher technisch schwierig nachzuweisen und zu quantifizieren. So ein Prototyp könnte also für die zukünftige Diagnostik von großer Bedeutung sein.

Erschwingliche Methode für medizinische Diagnose entwickeln

arzt stellt medizinische diagnose anhand vom smartphone dank nanoantenne zur erkennung von molekülen und fluoreszenzsignalen

Viele Nachweisverfahren verwenden molekulare Sonden wie Antikörper oder kurze Nukleinsäuresequenzen, die an bestimmte Biomarker binden sollen. Wenn eine Sonde ihr Ziel erkennt und an dieses bindet, führen chemische oder physikalische Reaktionen zu Fluoreszenzsignalen. Solche Methoden funktionieren gut, vorausgesetzt, sie sind empfindlich genug, um den relevanten Biomarker bei einem hohen Prozentsatz aller Patienten, die ihn im Blut tragen, zu erkennen. Bevor solche Tests in der Praxis eingesetzt werden können, müssen außerdem die Biomarker selbst oder ihre Signale verstärkt werden. Das ultimative Ziel ist es, ein medizinisches Screening direkt an Patienten durchzuführen, ohne die Proben zur Analyse an ein entferntes Labor senden zu müssen. Diesbezüglich hat ein Forschungsteam eine Strategie zur Bestimmung des Gehalts an Biomarkern in geringen Konzentrationen entwickelt. Es ist den Wissenschaftlern gelungen, DNA-Sonden an winzige Gold- oder Silberpartikel zu koppeln. Solche Paare aus Partikeln, auch „Dimere“ genannt, wirken als Nanoantenne, die einen Fluoreszenzsignal verstärken.

epidemiologe mit schutzkleidung hält ein handy und blutprobe mit gummihandschuhen

Die Wechselwirkungen zwischen den Nanopartikeln und einfallenden Lichtwellen verstärken die lokalen elektromagnetischen Felder, was wiederum zu einer massiven Erhöhung der Amplitude der Fluoreszenz führt. Auf diese Weise können Bakterien, die antibiotikaresistente Gene und sogar Viren enthalten, spezifisch nachgewiesen werden. Der Forschungsgruppe ist es nun gelungen, die Komponenten ihrer Nanoantennen genauer zu konfigurieren. Die DNA-Moleküle, die als Einfangsonden dienen, konnten sie am Ort der Signalverstärkung positionieren. Zusammen ermöglichen diese Modifikationen eine effektivere Verstärkung des Fluoreszenzsignals. Darüber hinaus können in dem winzigen Volumen noch mehr Moleküle eingefangen werden. So eine medizinische Diagnose auf dem Smartphone könnte laut den Autoren dieser Studie in Zukunft die Technologie für Tests auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen der Zugang zu Elektrizität oder Laborgeräten eingeschränkt ist. Mit einem tragbaren Smartphone-basierten Mikroskop, das auf einem herkömmlichen USB-Netzteil läuft, können Mediziner kleine DNA-Fragmente im Blutserum direkt nachweisen.

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