Eine neue patientennahe Nanodiagnostik für eine bessere Gesundheitsversorgung
Mediziner, die an migratorischen Brennpunkten, in Ländern mit schwacher Laborinfrastruktur oder unter anderen herausfordernden Umständen arbeiten, sind häufig darauf angewiesen, große Bevölkerungszahlen schnell und dezentral überprüfen zu können. Patienten, für die es komfortabler wäre, nicht so weit reisen zu müssen, um sich untersuchen zu lassen und Patienten mit Erkrankungen, die ein schnelles Handeln erforderlich machen, z. B. bei Verdacht auf eine chronisch-myeloische Leukämie, würden hiervon ebenfalls profitieren. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts Nano4 wurde eine schnelle, präzise, kostengünstige, patientennahe Diagnostik für bestimmte Viren, Pathogene und Krebsarten entwickelt. Die Technologie wird Entscheidungsträgern im Gesundheitswesen dabei behilflich sein, schnell zu handeln, Leben zu retten, Schmerzen zu lindern und Fehler zu vermeiden. Sie könnte sogar Epidemien vorbeugen. Eine bahnbrechende Technologie für die Molekulardiagnostik Mit der Nano4-Plattform ist es möglich, durch die Verwendung eines Mittels zur Sichtbarmachung von Farben (kolorimetrische Erfassung) für die Veränderung von Nanopartikeleigenschaften das Vorliegen von Erkrankungen zu diagnostizieren. Nach dem Sammeln einer Patientenprobe wie z. B. Sputum (Speichel und Schleim) oder Urin werden Nukleinsäuren extrahiert, die daraufhin mit Gold-Nanosonden vermischt werden. Das Vorliegen bestimmter Nukleinsäuresequenzen, die durch Gold-Nanopartikelaktivitäten in dem Gemisch nachgewiesen werden, wird anschließend von den Nanosonden erkannt, sodass die krankheitsverursachenden Mikroben und/oder Gene identifiziert werden. Die Lösung hat anfangs eine kräftige rote Farbe. Falls die Lösung nach Hinzugabe des Mittels zur Sichtbarmachung eine blaue Farbe annimmt, dann deutet dies darauf hin, dass das Krankheitsmolekül nicht vorliegt. Falls die Lösung rot bleibt, ist das Krankheitsmolekül vorhanden. „Da Nano4 sehr empfindlich ist, kann es sofort Aufschluss über das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Krankheit geben“, sagt Filipe Assoreira, Projektkoordinator und Gründer von Nano4 Global. Dieses revolutionäre Potenzial im Bereich der Molekulardiagnostik stellte das Team jedoch auch vor seine größte Herausforderung. Professor Pedro Baptista (Nano4 Global CSO) erklärt hierzu: „Nano4 ist eine bahnbrechende Technologie, da sie auf jede Erkrankung oder Störung mit einer molekularen (RNS/DNS) Signatur angewandt werden kann. Wir mussten daher intensiv daran arbeiten, dem Markt zu verdeutlichen, an welcher Stelle in der Wertschöpfungskette sie integriert werden kann, sowohl was den Patienten, als auch was die Industrie insgesamt anbelangt.“ Bislang wurden im Zuge von Nano4 Diagnosen über die Technologie für eine Reihe von Erkrankungen validiert, darunter Pathogene (Zika, MRSA, Salmonellen) und Krebsarten (Lungenkrebs, Darmkrebs, Leukämie). Tests im Hinblick auf die Antibiotikaresistenz werden voraussichtlich am häufigsten angewandt. Im Gesundheitswesen wird in diesem Bereich bereits in wichtige Programme investiert. Gleichzeitig stellen die begleitende Diagnostik (Identifizierung spezifischer Biomarker, welche die Therapie begleiten) und die Krebsdiagnostik Gebiete dar, in denen Nano4 in den kommenden Jahren voraussichtlich das schnellste Wachstum erzielen wird. Diagnostik für Menschen, die ansonsten außen vor blieben Im Rahmen des Projekts wurde bereits eine Reihe von Erfolgen erzielt. Professor Baptista sagt zurückblickend auf seine Zusammenarbeit mit Professorin Alexandra Fernandes (Nano4 Global COO): „Bei einer Anwendung im Bereich der chronisch-myeloischen Leukämie gab Nano4 Ärzten ein zusätzliches Instrument an die Hand, um die Diagnose zu vereinfachen. Im Laufe des Projekts konnten wir ein klinisches Team bei der Neubewertung eines Patienten im Hinblick auf das Fortschreiten der Erkrankung und die Therapie unterstützen, was sich als lebensrettend erwies.“ Das Team erkannte allerdings in der Tuberkulose eine einzigartige Gelegenheit, um eine Ausweitung von Nano4 zur Deckung der Marknachfrage zu demonstrieren. Da die Tuberkulose hauptsächlich in Ländern mit schwachen Laborinfrastrukturen auftritt, bietet die Erkrankung eine gute Möglichkeit, die volle Leistungsfähigkeit der Technologie zur Verringerung der damit verbundenen Belastung in Form von finanziellen und zeitlichen Investitionen für die Gesundheitssysteme unter Beweis zu stellen. Bezugnehmend auf die zugrundeliegende Motivation des Teams erklärt Assoreira begeistert: „Die Besprechung der methodischen Anwendung von Nano4 erinnert mich daran, warum wir das Projekt begonnen haben – um eine Diagnostik für diejenigen zur Verfügung zu stellen, die ansonsten außen vor blieben. Die Erinnerung an unsere Exkursionen nach Afrika und Brasilien mit den Patienten, dem Klinikpersonal und Gesundheitsfachkräften spornt uns dazu an, patientennahen Arbeitskräften eine nachhaltige Diagnostik zur Verbesserung der Lebensqualität zu ermöglichen.“ Derzeit wird im Rahmen von Nano4 der Produktionsmaßstab vergrößert, es wird eine CE-Zertifizierung für die In-vitro-Diagnostik (IVD) eingeholt und eine umfassende Validierung der Leistungsfähigkeit durchgeführt.
Schlüsselbegriffe
Nanotechnologie, Diagnostik, Nanosonden, Nanopartikel, Krebs, Tuberkulose, Antibiotikaresistenz, Biomarker, Molekulardiagnostik, Pathogene, patientennah