Parkinson und Alzheimer gehören zu den gefürchtetsten Alterskrankheiten. Einen einfachen Test zur Diagnosestellung gibt es nicht. Ärzte sind auf eine Kombination aus neurologischen Untersuchungen, kognitiven und funktionellen Beurteilungen, bildgebenden Verfahren einschließlich MRT sowie Liquor- und Blutuntersuchungen angewiesen. Dies macht die Früherkennung der Krankheit schwierig, insbesondere aufgrund des invasiven Charakters einiger dieser Untersuchungen.
Ein internationales Forscherteam, bestehend aus Wissenschaftlern der University of California San Diego, der Chinese Academy of Sciences, der University of Texas Medical Branch und der University of Illinois Urbana-Champaign, hat jetzt einen handlichen, nicht invasiven Biosensor entwickelt, der Biomarker für Alzheimer- und Parkinson-Krankheiten erkennen kann. Dies würde eine Diagnose der neurodegenerativen Erkrankungen am Point-of-Care, beispielsweise in Kliniken und Pflegeheimen, und zu Hause ermöglichen, heißt es in einer Pressemitteilung der University of California, San Diego [1]. Die Ergebnisse der Forschung wurden in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift 'Proceedings of the National Academy of Science' präsentiert [2].
Detektion von Biomarkern aus Speichel- und Urinproben
Um den Biosensor zu entwickeln, modifizierten die Forschenden ein von ihnen in der Covid-19-Pandemie entwickeltes Gerät, das ursprünglich zur Erkennung von Spike-Proteinen des SARS-CoV-2-Virus diente. Das angepasste Gerät kann nun Amyloid-Beta- und Tau-Peptide erkennen, welche als Biomarker für Alzheimer gelten, sowie Alpha-Synuclein-Proteine, die als Biomarker für Parkinson dienen. Diese Biomarker können nicht invasiv aus Blut-, Liquor-, Speichel- und Urinproben nachgewiesen werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Testergebnisse drahtlos sowohl an den Patienten selbst als auch an Familienangehörige, Betreuer und Ärzte übermittelt werden können.
Elektrische Biomarker-Erkennung durch innovativen Sensor
Das Forschungsteam setzte auf eine elektrische statt chemische Detektion der mit Alzheimer und Parkinson in Verbindung stehenden Biomarker. Der Biosensor besteht aus einem Chip mit einem Feldeffekt-Transistor (FET), einem hochempfindlichen Transistor aus einer einatomigen Graphenschicht, sowie drei Elektroden. Eine Source- und eine Drain-Elektrode sind mit den Polen einer Batterie verknüpft, um einen elektrischen Stromfluss zu ermöglichen, während eine Gate-Elektrode die Menge des Stromflusses steuert.
Die Gate-Elektrode ist mit einer einzelsträngigen DNA-Sequenz verbunden, den sogenannten Aptameren. Diese fungieren als Sonde und binden spezifisch an Amyloid-Beta-, Tau- oder Synuclein-Proteine. Sobald ein Biomarker an die passende DNA-Sonde andockt, verändert sich der Stromfluss zwischen den Source- und Drain-Elektroden, was ein elektrisches Signal auslöst.
Verlässliche Ergebnisse im Frühstadium von Alzheimer- und Parkinson-Krankheit
Das Gerät wurde mit synthetischen Amyloidproteinen sowie Amyloidproteinen aus dem Gehirn von verstorbenen Alzheimer- und Parkinson-Patienten getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sensoren die spezifischen Biomarker für sowohl Alzheimer als auch Parkinson mit hoher Genauigkeit nachweisen konnten und mit den aktuellen hochmodernen Methoden vergleichbar waren, wie von den Forschenden berichtet wurde.
Beeindruckend war die Leistung des Geräts bei extrem niedrigen Konzentrationen der Biomarker, was eine frühzeitige Erkennung der degenerativen Gehirnerkrankungen ermöglichen würde. Der Sensor bewährte sich sogar dann, wenn die analysierten Proben andere Proteine enthielten, was das Risiko falsch positiver Diagnosen verringert.
Die Nachweisbarkeit von Tau-Proteinen gestaltete sich etwas anspruchsvoller. Da jedoch drei verschiedene Biomarker untersucht und die Ergebnisse kombiniert werden, ist das Gesamtergebnis zuverlässig, so die Studienautoren.
Markteinführung in einem Jahr?
Die University of California hat dem Biotechnologie-Startup Ampera Life bereits eine Lizenz erteilt, um die neu entwickelte Erkennungstechnologie zu nutzen. In weiteren Tests, die zunächst in Krankenhäusern und Pflegeheimen durchgeführt werden, soll die Zuverlässigkeit des Geräts bei der Erkennung von Biomarkern für Alzheimer und Parkinson in Blutplasma, Speichel und Urin von Patienten überprüft werden.
Bei erfolgreichen Testergebnissen will Ampera Life zeitnah eine Zulassung bei der US-amerikanischen Arzneimittelbehörde FDA beantragen – mit dem Ziel, das Gerät innerhalb eines Jahres auf den Markt zu bringen.
