Metrology for the characterisation of biomolecular interfaces for diagnostic devices
Die Diagnose und Behandlung einer Erkrankung hängt mehr und mehr vom Nachweis und der Messung biochemischer Marker ab. Biomarker sind charakteristische biologische Merkmale, die gemessen werden können und auf Erkrankungen hinweisen können. Bei einem Biomarker kann es sich um Zellen, Gene, Genprodukte oder bestimmte Moleküle wie Enzyme oder Hormone handeln. Ebenso können komplexe Organfunktionen oder charakteristische Veränderungen biologischer Strukturen als medizinische Biomarker genutzt werden.Die in-vitro-Diagnostik bildet eine wesentliche Komponente in den Bestrebungen, eine kosteneffiziente Gesundheitsversorgung zu schaffen. Sie ist ein Schlüsselfaktor in der patientennahen Überwachung und individualisierten medizinischen Behandlung.
Viele Diagnosesysteme basieren darauf, dass Zielbiomoleküle über die Bindung an Antikörper nachgewiesen werden bzw. deren Aktivität und Konzentration bestimmt wird. Oft reicht der einfache Nachweis eines Zielmoleküls. Für Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder das Autoimmun-Syndrom sind Quantifizierungen notwendig. Die allgemeine Vorgehensweise bei biochemischen Markern ist, mittels "Erkennungsmolekülen", sogenannten Proben, Zielmoleküle einzufangen. Die Effizienz und Reproduzierbarkeit der Diagnosegeräte hängt davon ab, inwieweit verstanden ist und kontrolliert wird, in welcher Weise Proben Bindungen erfolgen. Ein wesentliches Hemmnis für Weiterentwicklungen besteht darin, dass derzeit die biomolekularen Bindungen nicht ausreichend gut und zuverlässig gemessen werden können, weil die metrologische Basis fehlt. Bei Standard-ELISA-Tests wird beispielsweise davon ausgegangen, dass nur einige Prozent der immobilisierten Antikörper funktionell sind. Dies ist wahrscheinlich ein wesentlicher Faktor, warum solche Tests geringe Genauigkeiten und Reproduzierbarkeiten haben. Als weiterer begrenzender Faktor kommt die kurze Lagerfähigkeit von wenigen Tagen hinzu, es sei denn, man fügt Stabilisatoren wie Zucker hinzu. Tests dieser Art sollten eine Haltbarkeit von Monaten oder sogar Jahren haben.
Um das dringend benötigte metrologische Fundament für die Charakterisierung biomolekularer Bindungen zu schaffen, müssen Messmethoden entwickelt werden, die es erlauben, so wichtige Parameter wie biomolekulare Dichte, Verteilung und strukturelle Integrität zu messen. Hierzu gehört ebenfalls die Analyse, wie die diagnostische Leistungsfähigkeit von der Bindungsqualität abhängt und welche Toleranzen vorzugeben sind, um Verordnungen einzuhalten und die klinische Zulassung zu erhalten. Die Arbeiten im Projekt werden in Leitfäden und Standards münden, die es der Industrie ermöglichen wird, einen Rahmen für die Qualitätssicherung ihrer Diagnosegeräte zu etablieren. Neue Methoden für die multiplexe und labelfreie Analyse von Bindungskapazitäten sind erforderlich, um die Diagnosesicherheit zu erhöhen. Auch dieser Aspekt wird im Projekt bearbeitet werden. Daneben werden Referenzmaterialien umd Methoden entwickelt werden, mit denen sich die Zusammensetzung und Dicke der Grenzflächenchemie präzise messen lassen. Es werden neue Ansätze untersucht werden, um die Orientierung und Struktur von Biomolekülen in Bindungen zu bestimmen. Ergänzt werden die Arbeiten durch die Entwicklung von Methoden zur Messung der Aktivität der diagnostischen Oberflächen.
Die PTB leitet im Projekt das Arbeitspaket, in dem Techniken, die sensitiv für die Struktur biomolekularer Grenzflächen sind, zu analytischen Verfahren weiterentwickelt werden.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
Ansprechpartner
Dr. Michael Krumrey
Telefon: 030 3481 7110
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