I kampen mot cancer och andra sjukdomar, exakt analys av specifika proteiner kan visa vägen mot riktade behandlingar. Forskare vid Technische Universitaet Muenchen (TUM, Tyskland), tillsammans med Fujitsu Laboratories of Japan, har utvecklat ett nytt biosensorchip som inte bara känner igen proteiner som är karakteristiska för specifika sjukdomar, men kan också visa om dessa proteiner förändras genom påverkan av sjukdom eller läkemedel.

Det mänskliga immunsystemet känner igen patogener genom specifika proteiner på deras ytor. Denna detektionsprincip visar sig om och om igen i biologin, och det används redan i medicinska tester. Sådana tester kräver vanligtvis relativt stora mängder provmaterial, dock, och många problem kan inte utredas på detta sätt. För vissa tester, målproteinet måste modifieras kemiskt av reagens. Det kräver både tid och välutbildade labbtekniker. Nu har forskare vid TUM:s Walter Schottky Institute utvecklat en biosensor som är hundra gånger känsligare än för närvarande tillgängliga tester för att känna igen proteiner som är karakteristiska för den kliniska bilden av specifika sjukdomar.

Biosensorchipset innehåller syntetiska DNA-molekyler, som är negativt laddade, i en vattenhaltig saltlösning. Dessa långa molekyler är bundna i ena änden till en guldyta. Den fria änden är märkt med en fluorescerande markör, så att det kan observeras optiskt; och i spetsen kan forskarna placera en "fångningssond, " en molekyl som passar ihop med målproteinet som nyckeln till ett lås. Alternerande elektriska potentialer sätter DNA-molekylerna i rörelse, svänger fram och tillbaka mellan "stående" och "liggande" tillstånd med regelbundna förändringar i ett hårt begränsat men intensivt fält. Om proteinet av intresse finns i provmaterial placerat på biosensorchipset, den kommer att binda till "nyckel"-molekylen. Och eftersom detta gör DNA-strängarna betydligt tyngre, deras svängande rörelse blir märkbart långsammare. Exakt bekräftelse på identiteten av det fångade proteinet kan härledas från mätningar av denna rörelse, eftersom både storleken och formen på proteinet kommer att påverka hur DNA-molekylerna svänger.

Detta tillvägagångssätt är unikt i sin förmåga att inte bara bestämma koncentrationen av målproteinet, men också för att visa om det förändras av sjukdomen eller påverkan av medicin. Forskarna arbetar för närvarande med ett chip som kan analysera 24 olika proteiner parallellt. "Möjligheten att analysera, på ett enda chip, många proteiner samtidigt i form av flera parametrar representerar ett betydande framsteg, " säger Dr Ulrich Rant, chef för projektet. Rant är forskare vid professor Gerhard Abstreiters laboratorier vid Walter Schottky Institute, ett centralt institut för TUM fokuserat på halvledarelektronikens grundläggande fysik.

Viktiga applikationsområden för denna biosensorchipteknologi, som TUM-forskarna har kallat "switchSENSE, "inkludera medicinsk diagnostik, utveckling av läkemedel, och proteomikforskning. Det kan så småningom ta sig in på läkarmottagningen, som ett enkelt och snabbt analysverktyg för att identifiera infektionssjukdomar.

Rant och hans team har grundat ett startup-företag för att kommersialisera sin utveckling, stöds av Technische Universitaet Muenchen och deras industriella partner Fujitsu Laboratories Ltd. De har vunnit ytterligare stöd genom ett forskningsöverföringsprogram som heter EXIST, sponsrad av det tyska förbundsministeriet för ekonomi och teknik. De har också varit framgångsrika i de första stegen av två entreprenörstävlingar, Muencheners affärsplan Wettbewerb och Science4Life. Ytterligare utveckling är inriktad mot färdigställande av en förproduktionsprototyp i slutet av 2010 och samarbetande pilotprojekt med kunder inom bioteknik- och läkemedelssektorn.