Magnotech: Biosensortechnologie mit magnetischen Nanopartikeln von Royal Philips Electronics. Royal Philips Electronics, der weltweit führende Anbieter im Bereich der patientennahen Gesundheitsversorgung, hat eine neue Biosensortechnologie entwickelt, bei der magnetische Nanopartikel dazu verwendet werden, Zielmoleküle zu messen. Dadurch wird es möglich, komplizierte In-vitro- Diagnostiktests (IVD) aus dem Labor an dezentrale Orte wie an das Bett des Patienten und nach Hause zu verlegen. Dank der Schnelligkeit und einfachen Handhabung könnten lebensbedrohliche Erkrankungen schneller diagnostiziert und somit die Anforderungen kritischer Pflegeumgebungen erfüllt werden. Zusätzlich wäre die Technologie für die Überwachung chronisch kranker Patienten zu Hause geeignet. Das Unternehmen stellte seine Initiative anlässlich der Medica 2008 vor.

IVD-Tests zum Nachweis molekularer Biomarker in Blut- oder Speichelproben sind ein geeignetes Werkzeug zur Krankheitsdiagnose. Die Messung von relativ hohen Konzentrationen von Glukose in Blutproben zur Unterstützung des Diabetes- Managements wurde auf einen einfachen Pin-Prick-Test reduziert. Diesen kann der Patient täglich zu Hause durchführen. Zur Messung von sehr geringen Konzentrationen (im pikomolaren Bereich) von Blutprotein- Biomarkern benötigt man dagegen große Probenvolumina, und das Testergebnis liegt erst nach mehr als zehn Minuten vor.

Wissenschaftler von Philips haben nun einen Biosensortyp entwickelt, welcher innerhalb weniger Minuten bequem pikomolare Konzentrationen von bestimmten Proteinen in Blut oder Speichel messen kann. Der Biosensor ist in eine Einwegkartusche integriert und bietet neben Schnelligkeit alle erforderlichen Vorteile, um empfindliche IVD-Proteintests vom Labor an das Bett des Patienten, in die Arztpraxis oder letztendlich sogar nach Hause zu verlegen. „Langfristig planen wir, dass verschiedene Testsysteme – sowohl herkömmliche als auch automatische Laborgeräte und diese neuen mobilen Handgeräte – Teil eines Diagnostiknetzwerkes werden, das hoch entwickelte medizinische Informatiklösungen zum Speichern der Daten und zur Unterstützung ihrer Interpretation einsetzt“, erklärt Marcel van Kasteel, Vizepräsident und CEO von Philips Handheld Immunoassays.

Magnetische Kennzeichnung

Die Magnotech-Technologie besteht aus einer integrierten Einweg-Biosensorkartusche, die in ein Handlesegerät passt und magnetische Nanopartikel nutzt, um innerhalb weniger Minuten Zielmoleküle in sehr geringen Konzentrationen (im pikomolaren Bereich) in Blut oder Speichel zu messen. Die Einwegkartusche füllt sich automatisch mit nur einem einzigen Tropfen Blut oder Speichel. Ist die Kartusche erst einmal gefüllt, sind keine weiteren Bewegungen der Flüssigkeit mehr erforderlich. Zurzeit sind zur Messung von sehr geringen Biomarkerkonzentrationen für die Diagnose von Krankheiten (beispielsweise von kardiovaskulären Krankheiten) Laboranalysen und große Probenvolumina erforderlich, und das Testergebnis liegt erst nach 30 bis 60 Minuten vor.

Ein unterhalb der Kartusche angeordneter Elektromagnet bringt die magnetischen Nanopartikel mit den eingefangenen Zielmolekülen in Kontakt mit der aktiven Detektionsoberfläche des Biosensors, um so eine schnelle spezifische Bindung an diese aktive Oberfläche zu erzielen. Ein zweites Magnetfeld zieht dann jegliche freien magnetischen Nanopartikel von der aktiven Oberfläche weg und ermöglicht so eine genaue Messung der restlichen Zielmoleküle. Letztendlich sind die Zielproteinmoleküle wie in einem Sandwich zwischen der aktiven Oberfläche auf der einen Seite und den angedockten Nanopartikeln auf der anderen Seite eingeschlossen. Die Messung erfolgt mithilfe eines optischen Verfahrens, das auf dem Prinzip der „verhinderten Totalreflexion“ basiert. Bei dieser streuen und absorbieren Nanopartikel das Licht und reduzieren so die Intensität der Reflextion. Diese Intensitätsschwankungen in dem reflektierten Strahl, werden von einem CMOS-Bildsensor ähnlich demjenigen in einer Digitalkamera erfasst.

Nachweis des Wirkprinzips

Philips hat den Nachweis des Wirkprinzips für seine neue Biosensortechnologie in zahlreichen biologischen Assays erbracht, unter anderem Sandwich-Assays für die Feststellung vonTroponin I (cTnI), Parathormon (PTH) und Assays zur Feststellung verschiedener Drogenmoleküle (unter anderem Morphin). Troponin I ist ein im Blut enthaltenes Protein, das bei erhöhter Konzentration einen eindeutigen Biomarker für die Diagnose von Myokardinfarkten (Herzanfällen) liefert. Der Morphin-Assay stellt die erste Anwendung der Technologie im Bereich der Drogentests dar.

Während der Testreihen zum Nachweis des Wirkprinzips hat sich gezeigt, dass die Magnotech-Technologie von Philips die Bindungsgeschwindigkeit der Assays um einen Faktor von über 100 beschleunigt im Vergleich zu Verfahren, bei denen sich die Nanopartikel einfach durch Diffusion auf der aktiven Oberfläche des Sensors ausbreiten. Ferner vereinfacht die Technologie die Handhabung, indem sie die Schritte zum Waschen der Flüssigkeit überflüssig macht. Bei cTnI erfolgte der Nachweis selbst bei winzigen Konzentrationen (im pikomolaren Bereich) erfolgreich in weniger als fünf Minuten.

Kooperation

Es gibt eine erste Vereinbarung zur Zusammenarbeit bei der neuen Technologie – mit Concateno plc, einem der führenden europäischen Unternehmen für Drogentests mit Sitz in Abingdon, nahe Oxford, UK. Concateno und Philips werden 2009 das neue Handgerät Magnotech für Drogentests an ausgewählte Kunden liefern. Das System arbeitet mit Speichelproben zum Nachweis von Drogenmissbrauch.