µROX - µRNA Redox cycling

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald A. Urban
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323700825

Das Ziel dieses Projektes ist es eine schnelle, kostengünstige und ultrasensitive elektrochemische Lab-on-a-Chip (LOC) Plattform zu entwickeln, die simultan unterschiedliche microRNAs (uRNAs) ohne Probenvorbereitung detektieren kann. Für die nächste Generation von diagnostischen und prognostischen Biomarkern haben sich uRNAs, kleine nicht-kodierende RNA-Moleküle, als sehr vielversprechend erwiesen. In Zentrallaboren existieren viele verschiedene Plattformen für uRNA-Profiling. Allerdings sind diese aufgrund ihrer großen und teuren Gerätschaften für die Anwendung in patientennaher Labordiagnostik (POCT) nicht geeignet. Weitere Gründe sind die Notwendigkeit einer Probenvorbereitung sowie das hohe Probenvolumen. Um die Nachfrage nach tragbaren und schnellen Point-of-Care-Geräten decken zu können, ist die Realisierung einer LOC-Plattform von großer Bedeutung. Die Messung von mehreren uRNAs mit schnellen Probe-zu-Ergebnis-Zeiten und geringem Probenverbrauch (z.B. Blut von einem Fingerstich) steht dabei im Vordergrund. Mikrofluidische LOC-Plattformen bieten eine Beschleunigung des spezifischen und sensitiven Nachweises verschiedener Biomarkern. Der geplante elektrochemische uRNA-Sensor basiert auf der Kombination unterschiedlicher Verstärkungsmechanismen. Für die Erhöhung der Systemempfindlichkeit sind interdigitale Elektrodenarrays mit Abständen im Nanometer-Bereich notwendig. Um eine Enzym-basierte Verstärkung zu erhalten, wird die Stop-Flow-Technik angewendet. Des Weiteren wird eine Signalverstärkung durch mehrfachverzweigte DNA- oder uRNA-Ketten sowie eine gezielte Oberflächenmodifizierung realisiert, die die Anzahl der Bindungsstellen bzw. Biomolekülen erhöht. Die Kombination dieser Verstärkungsansätze stellt eine drastische Erhöhung der Empfindlichkeit dar und ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Messung der uRNAs ohne vorherige Amplifikation durch die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)-Techniken. Eine spezifische Anwendung für uRNAs, bei der nur eine geringe Probenmenge zur Verfügung steht, ist der aggressive Gehirntumor bei Kleinkindern), bekannt als Medulloblastom (MB). Neben der histopatholgischen Klassifizierung des MB kann man dieses noch in vier molekulare Untertypen unterteilen. Eine frühe Einteilung des Tumors in die Untertypen, sowie eine rechtzeitige Erkennung eines Rückfalles erhöhen die Überlebenschancen der Patienten gravierend. Dieser Antrag befasst sich mit der Implementierung eines neuen Nachweisverfahrens für die Krebsforschung, der mehrere Fachgebiete vereint (Micro-Nanotechnologie, Mikrofluidik und Biomedizin). Eine erfolgreiche Demonstration der LOC-Plattform wird eine große Wirkung auf die klinische Diagnostik haben und wird damit eine kostengünstige und benutzerfreundliche Alternative zu Standard-PCR-Systemen und anderen Diagnosesystemen darstellen. Das Sensorsystem bietet darüber hinaus die Möglichkeit nicht nur in Blutplasma, Speichel oder Urin zu messen, sondern auch direkt in unverdünntem Serum oder sogar Vollblut.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Privatdozentin Dr. Sibylle Madlener; Dr.-Ing. Stefan Partel