Antonin Hlaváček vom Institut für Analytische Chemie der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik, Zdeněk Farka vom CEITEC Research Center der Masaryk-Universität (MU) in Brünn, Hans-Heiner Gorris von der Fakultät für Naturwissenschaften MU und ihre Kollegen vom Institut der Makromolekularen Chemie AS CR und der Deutschen Universität Regensburg haben eine neue Methode entwickelt. .
Die Ergebnisse der angewandten Forschung eines internationalen multidisziplinären Teams, dem auch Experten der schwedischen Firma Lumito angehörten (die sich nun der Kommerzialisierung des Systems widmet), wurden im Februar in der Zeitschrift Nature Protocols veröffentlicht. Ester Jarour, Sprecherin der CEITEC MU, informiert.
| Sicherlich Nanopartikel zeigen eine bestimmte Art von Lumineszenz, genannt Photonen-Aufwärtskonvertierung. Upconversion von Photonen ist ein seltsames Phänomen, wenn Nanopartikel Sie absorbieren unsichtbare Infrarotstrahlung und geben sie als sichtbares Licht in verschiedenen Farben ab. Photonen umwandelnde Nanopartikel sind sehr kleine Kristalle mit einer Größe von etwa 5 bis 100 nm. |
| „Dank des Gehalts an ausgewählten Lanthanoiden haben sie die Fähigkeit, nach und nach mehrere niederenergetische Photonen – die unsichtbare Infrarotstrahlung – zu absorbieren. Nanopartikel Dadurch gewinnt es genug Energie, um Photonen des sichtbaren Lichts zu emittieren“, sagt Antonín Hlaváček. |
| Quelle: Subventionsagentur der Tschechischen Republik |
Immunchemische Verfahren gelten derzeit als „Goldstandard“ in der klinischen Diagnostik. Die bekanntesten Produkte in dieser Kategorie sind schnelle Heimdiagnostiktests wie Schwangerschaftstests oder Covid-Antigentests.
Aktuelle immunchemische Methoden sind nach Meinung von Experten jedoch oft nicht ausreichend sensitiv, um Biomarker nachzuweisen, die in geringen Mengen im Körper vorhanden sind.
| Biomarker ist ein messbarer Indikator für einen bestimmten biologischen Zustand oder Zustand. Per Definition ist ein Biomarker „ein Merkmal, das objektiv gemessen und als Indikator für normale biologische Prozesse, pathogene Prozesse oder pharmakologische Reaktionen auf therapeutische Eingriffe bewertet wird“. |
„Die von uns entwickelte Methodik ermöglicht es uns, dieses Problem zu überwinden und damit eine deutlich höhere Sensitivität zu erreichen“, fasst Farka, einer der Hauptautoren der Studie, die in den Vorjahren gewonnenen und publizierten Ergebnisse zusammen.
Die Autoren vergleichen die unterschiedlichen Methoden zur Herstellung von Markern auf Basis von Photon-Upconversion-Nanopartikeln, von deren Synthese über die Oberflächenmodifikation bis hin zur Bindung von Biomolekülen, die eine spezifische Funktion der Markierung ermöglichen. Anschließend demonstrierten sie die Verwendung dieser Tags zum Beispiel zum Nachweis eines bestimmten Prostata-Antigens: ein Marker für Prostatakrebs.
Bestimmen Sie die Antigenmenge
Neben dem herkömmlichen Ansatz basierend auf der Messung der Lumineszenzintensität nutzten die Forscher auch einen innovativen Ansatz basierend auf dem Auszählen einzelner Markierungen, der es ermöglicht, die Menge an Biomarkern in der Probe direkt zu bestimmen. Die Methodik kann nicht nur bestimmen, ob ein bestimmtes Antigen in der Probe vorhanden ist oder nicht, sondern auch seine Menge genau “berechnen”.
Das Forschungsteam verifizierte die Möglichkeit der Verwendung von Nanopartikeln in der Immunhistochemie, genauer gesagt bei der Abbildung der Verteilung des Biomarkers HER2, der zur Erkennung von Brustkrebs verwendet wird. In der Histopathologie basiert die Identifizierung von Krebszellen auf der Kennzeichnung von Biomarkern auf ihrer Oberfläche, gefolgt von einer mikroskopischen Untersuchung und Auswertung der Bilder durch einen Pathologen.
“Der aktuelle Trend geht jedoch dahin, zu versuchen, diese Bewertung mithilfe fortschrittlicher Algorithmen automatisch durchzuführen. Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, mit Nanopartikeln ein ausreichend hohes Signal-Hintergrund-Verhältnis zu erreichen Grundvoraussetzungen für die automatisierte Auswertung histochemischer Präparate in der sogenannten digitalen Pathologie“, erläutert Farka.
Ihm zufolge kann das Vorhandensein von sehr geringen Mengen an Biomarkern im Blut auf den Beginn eines bösartigen Tumors hinweisen. Ihre Früherkennung wird es Ärzten ermöglichen, eine Verschlechterung des Gesundheitszustands zu Beginn der Krankheit zu diagnostizieren.
“Infolgedessen kann die Behandlung begonnen werden, bevor Krankheitssymptome auftreten, was die Heilungschancen erhöht”, fügte er hinzu.
Veröffentlichte Ansätze können auch modifiziert werden, um andere Biomarker zu erkennen – zum Beispiel Troponin, ein Marker für Myokardinfarkt.
In allen Fällen untersuchten die Forscher zunächst Methoden zur Synthese und Modifizierung der Nanopartikel, wozu auch die synthetische Chemie gehörte. Anschließend entwickelten sie eine Methodik zur Abbildung einzelner Nanopartikel und entwickelten schließlich einzelne immunchemische Methoden und verifizierten ihre Funktionalität in der Analyse realer klinischer Proben.
