Multiplex-Vor-Ort-Tests für die Messung von entzündungsspezifischen miRNAs und Neurotransmittern in der Diagnostik der Alzheimer Krankheit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Can Dincer; Professor Dr. Michael Thomas Heneka
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421356369

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurden die Verwendung von kurzen, löslichen RNA-Molekülen (miRNA) mit Bezug zu immunologischen Prozessen und Neuroinflammation als Biomarker der Alzheimer-Erkrankung und die Implementierung einer Mikrofluidik-Plattform zum gezielten, sensitiven und schnellen Nachweis solcher miRNA untersucht. In einer Untersuchung von Zerebrospinalflüssigkeit (CSF)-Proben einer Kohorte von Patienten mit Alzheimer-Demenz und anderen neurodegenerativen Erkrankungen des Universitätsklinikums Bonn (UKB) wurden zunächst miRNA-Kandidaten verworfen, die trotz anderweitiger vorheriger Publikation nicht die Qualitätsanforderungen für eine quantitative Analyse erfüllten. Durch Screening einer größeren Bandbreite von miRNA wurde miR-520f-3p als die in CSF am höchsten konzentrierte miRNA mit immunologischer Relevanz identifiziert. Infolgedessen wurde synthetische miR-520f zur Kalibrierung des, am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) entwickelten, Biosensors zum Nachweis nicht-amplifizierter Nukleinsäuren verwendet. Mit den Optimierungen am Bioassay, die mit zwei Sequenzen aus dem SARS-CoV-2 Genom durchgeführt wurden, konnten eine „Sample-to-Result“-Zeit von 30 Minuten, sowie eine analytische Detektionsgrenze von 3,6 fM erreicht werden. Die mit Nanostring gemessene, hohe Abundanz von miR-520f in RNA-Isolaten aus unbehandelten THP-1 Zellen, konnte in amperometrischen Messungen validiert werden. Außerdem wurde im Rahmen von NeuroSENS eine Multiplex-Version des mikrofluidischen Chips entwickelt und charakterisiert, auf dem simultan verschiedene Assays immobilisiert und ausgelesen werden können. Coronatest mit Genschere, Videopodcast der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, 09.06.2020 Womöglich ein neuer Standardtest, Badische Zeitung, 22.12.2022 Freiburger Forschungsteam entwickelt Corona-Test-Chip, Radio Interview für SWR4 BW Südbaden, 22.12.2022 Freiburg research team develops corona test chip, "SWR Aktuell“ bei SWR-Fernsehen, 12.02.2023 Neue Trends in der Alzheimer Diagnostik mit Dr. Can Dincer, Interview für Medisiegel, 14.03.2023

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• The impact of biosensing in a pandemic outbreak: COVID-19. Biosensors and Bioelectronics, 163, 112274.
  Morales-Narváez, Eden & Dincer, Can
  
• A CRISPR/Cas13a-powered catalytic electrochemical biosensor for successive and highly sensitive RNA diagnostics. Biosensors and Bioelectronics, 178, 113027.
  Sheng, Yan; Zhang, Tenghua; Zhang, Shihong; Johnston, Midori; Zheng, Xiaohe; Shan, Yuanyue; Liu, Tong; Huang, Zena; Qian, Feiyang; Xie, Zihui; Ai, Yiru; Zhong, Hankang; Kuang, Tairong; Dincer, Can; Urban, Gerald Anton & Hu, Jiaming
  
• CRISPR-powered electrochemical microfluidic multiplexed biosensor for target amplification-free miRNA diagnostics. Biosensors and Bioelectronics, 177, 112887.
  Bruch, Richard; Johnston, Midori; Kling, André; Mattmüller, Thorsten; Baaske, Julia; Partel, Stefan; Madlener, Sibylle; Weber, Wilfried; Urban, Gerald A. & Dincer, Can
  
• Current Technologies for RNA-Directed Liquid Diagnostics. Cancers, 13(20), 5060.
  Martinez-Dominguez, Maria Victoria; Zottel, Alja; Šamec, Neja; Jovčevska, Ivana; Dincer, Can; Kahlert, Ulf Dietrich & Nickel, Ann-Christin
  
• Disposable Intergrated Sensors for Next-generation On-site Testing, AsiaSense, 21.10.2021
  Johnston M., Ates H.C., Laubender E., Bruch R., Maier D., Baaske J., Weber W., Urban GA & Dincer C.
  
• Integrated sensing devices for point-of-care diagnostics, Sensors in Medicine, 9.11.2021
  Ates H.C., Johnston M., Laubender E., Bruch R., Maier D., Baaske J., Weber W., Urban G.A. & Dincer C.
  
• Non‐Invasive Diagnostics: Integrated Devices for Non‐Invasive Diagnostics (Adv. Funct. Mater. 15/2021). Advanced Functional Materials, 31(15).
  Ates, Hatice Ceren; Brunauer, Anna; von Stetten, Felix; Urban, Gerald A.; Güder, Firat; Merkoçi, Arben; Früh, Susanna Maria & Dincer, Can
  
• CRISPR/Cas-powered nanobiosensors for diagnostics. Biosensors and Bioelectronics, 197, 113732.
  Phan, Quynh Anh; Truong, Linh B.; Medina-Cruz, David; Dincer, Can & Mostafavi, Ebrahim
  
• Designing electrochemical microfluidic multiplexed biosensors for on-site applications. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 414(22), 6531-6540.
  Glatz, Regina T.; Ates, H. Ceren; Mohsenin, Hasti; Weber, Wilfried & Dincer, Can
  
• Multiplexed biosensor for point-of-care COVID-19 monitoring: CRISPR-powered unamplified RNA diagnostics and protein-based therapeutic drug management. Materials Today, 61, 129-138.
  Johnston, Midori; Ceren, Ates H.; Glatz, Regina T.; Mohsenin, Hasti; Schmachtenberg, Rosanne; Göppert, Nathalie; Huzly, Daniela; Urban, Gerald A.; Weber, Wilfried & Dincer, Can
  
• Electrochemical microfluidic multiplexed biosensor towards CRISPR-powered detection of unamplified RNA and protein-based therapeutic drug management, 33rd Anniversary World Congress on Biosensors, 8. Juni, 2023, Busan, Korea (Präsentation)
  Johnston M., Ates H.C., Glatz R.T., Mohsenin H., Schmachtenberg R., Göppert N., Huzly D., Urban G., Weber W. & Dincer C.