Molekulare Programme für die Biodetektion von Krankheitsmarkern in neurodegenerativen Erkrankungen

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Ingebrandt; Professor Dr. Karl-Herbert Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biochemie ; Biomedizinische Systemtechnik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391107823

Mit zunehmender Lebenserwartung beeinflussen neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer eine wachsende Anzahl von Menschen, was in Zukunft die weltweiten Gesundheitssysteme stärker belasten wird. Diese Krankheiten sind im Hinblick auf eine frühe Diagnose sehr herausfordernd und es fehlen Methoden zur biomolekulare Detektion der frühen Entwicklung dieser Krankheiten, die durch die Nervenzellen des Gehirns beeinflusst werden. Kürzlich wurde gezeigt, dass auch der Magen-Darm-Trakt nicht nur von diesen neurodegenerativen Erkrankungen betroffen ist, sondern auch eine entscheidende Rolle in deren Entwicklung spielt. Das Fazit dieser Studien ist, dass das enterische Nervensystem als Stellvertreterorgan dienen könnte, um Hirnkrankheiten in ihrem frühen Stadium zu verfolgen. Zudem ist der Magen-Darm-Trakt besser zugänglich als das Gehirn und könnte somit die Diagnose drastisch vereinfachen und zum Wohlbefinden der Patienten beitragen. Ein solcher Ansatz erfordert jedoch eine äußerst empfindliche und robuste biomolekulare Nachweismethode, die auf verschiedene Biomarker übertragbar ist.Wir wollen daher die Möglichkeit zur frühen Detektion von Biomarkern des enterischen Nervensystems durch einen Ansatz zur biomolekularen Diagnostik erforschen, was generell für die Biomedizin eine allgemeine diagnostische Methode ergeben könnte. Für den Nachweis von Nukleinsäure-Biomarkern (DNA und RNA) nutzen die gängigen Nachweismethoden die Möglichkeit, Zielmoleküle durch PCR zu amplifizieren und durch Fluoreszenz zu detektieren. Die Detektionsmethode der Wahl zum Nachweis von Proteinen ist die ELISA Methode mit Fluoreszenzdetektion. Oftmals erfordert eine robuste Diagnose die Erkennung von mehreren Biomarkern simultan. Zukünftig könnten auch viele andere Bereiche der Medizin von unserer verallgemeinerten Detektionsmethode profitieren, die simultan mittels eines robusten Analysesystems mehrere Zielmoleküle in extrem niedrigen Konzentrationen in physiologischen Proben nachweisen kann. Unser Ziel ist es, einen neuartigen Ansatz für eine hochempfindliche Point-of-Care Diagnostik zu entwickeln, indem wir die Vorteile der molekularen Programme (MP) und hochsensitive, elektronische Detektion kombinieren. Die MP Methode hat gezeigt, dass sie komplexe biochemische Reaktionen von Signalmolekülen in isothermer Umgebung durchführen und an verschiedene Biomarker knüpfen kann, die als Eingangssignale dienen. Unsere MP Konzepte leisten dabei im Wesentlichen Signalumwandlung, Verstärkung, Schwellwert-Detektion und Vergleich von multiplen Eingangssignalen. Die universellen Ausgabesignale dieser parallel ablaufenden MP werden mit neuartigen nanoelektronischen DNA-Sensoren auf Basis von Nanodrähten ausgelesen. Zusätzlich zu Nukleinsäuren wie der microRNA werden auch Proteine aus gastrointestinalen Geweben einschließlich b-Amyloid-Peptiden, a-Synuclein- und Tau-Protein-Aggregaten als Progressions-Biomarker für die Entwicklung von Hirnerkrankungen untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Yannick Rondelez, Ph.D.; Alexis Vlandas, Ph.D.