Zellen, Proteine und Moleküle automatisiert untersuchen und Krankheiten früher erkennen

17.03.2010: Seit Robert Hooke vor rund 350 Jahren die ersten Zellen entdeckte, ist das Mikroskop aus den Lebenswissenschaften nicht mehr wegzudenken. Heute kann man sogar einzelne Moleküle auf bestimmte Muster analysieren. Fraunhofer FIT hat sich auf die Entwicklung von Komplettsystemen zur Analyse-, Diagnostik- und zum Screening auf biomolekularer und zellulärer Ebene spezialisiert. Die Systeme werden in der Medizin- und Pharmaforschung eingesetzt und können aus dem Stand sofort in Betrieb genommen werden (Turn-Key-Systeme).

Die Grundbausteine der Zellen, die Proteine, können heute detailliert verfolgt werden. Eigens hierfür hat Fraunhofer FIT ein automatisiertes Hochleistungsmikroskop entwickelt, mit dem u.a. das komplexe Zusammenspiel von Proteinen zwischen Zellen im Lebergewebe diagnostisch nutzbar gemacht werden soll. Im Bereich der Tumordiagnostik entstehen durch die automatisierte Mikroskopie neue Möglichkeiten, Tumorarten feiner zu entscheiden und damit die Therapie besser zu steuern. Neben hochpräzisen Hardware-Komponenten ist die lernfähige, auf Kundenbedürfnisse anpassbare Bilderkennungssoftware ein Schlüssel zum Erfolg des Gesamtsystems.

Das Gerät scannt die Oberfläche von Gewebeschnitten in einer Genauigkeit von wenigen Nanometern mit einem Laser ab. Der Laser kann zusätzlich Fluoreszenz-Ereignisse auslösen, die vertiefte Informationen über Morphologie und Struktur der vorliegenden Probe geben. "Das reflektierte Licht wird zu Bildern der Probe zusammengesetzt. Diese Bilder wiederum können über die lernfähige, trainierbare Software besser als mit herkömmlichen Werkzeugen analysiert werden." beschreibt Dr. Harald Mathis, Leiter der Abteilung für Biomolekulare Optische Systeme des Fraunhofer FIT, die Vorzüge des Systems.

Eine verbesserte Frühdiagnostik bei Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen - und damit eine stark erhöhte Therapiechance - verspricht die mikrofluidische Diagnostikplattform IMIKRID, die Fraunhofer unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT entwickelt. Zum Einsatz kommt ein neues Nachweisverfahren, das Markerkonzentrationen im Einzelmolekülbereich misst. Kern der Diagnostikplattform ist ein Mikrofluidik-Chip mit vier unabhängigen einzelmolekülsensitiven Biosensoren.

Zentrale Anwendungsgebiete sind die kardiologische Präventivdiagnostik, um Herz- / Kreislauferkrankungen rechtzeitig und zuverlässig zu erkennen oder zu beobachten, und die onkologische Frühdiagnostik, die mit dem System bereits in einem sehr frühen, präsymptomatischen Stadium erfolgen kann. Drittes Einsatzgebiet ist die Laktatwertüberwachung durch Körperschweißanalyse, sowohl im Bereich Infarktprävention als auch zur Fitnesskontrolle im Leistungs- oder Breitensport.