Pharmacon Meran 2002

Leistungsfähige Winzlinge

Das Humangenomprojekt hat der medizinischen Forschung wichtige Impulse gegeben. Diese Entwicklung revolutionierte auch die Biochip-Technologie. Inzwischen liefern leistungsfähige Biosensoren wie Expressions-, Sequenzierungs- und Genomchips in kürzester Zeit große Mengen an Daten aus dem menschlichen Organismus. Forscher hoffen so, Targets für neue Arzneistoffe zu entdecken oder Patienten anhand ihres individuellen Nebenwirkungsprofils effektiver mit Pharmaka behandeln zu können.

Die Biochip-Technologie ist eine boomende Branche, berichtete Dr. Stefan Rußwurm von der Firma SIRS-Lab in Jena. Die molekulare Diagnostik sei eine ausgesprochen junge Disziplin. 1991 lief die erste lichtgesteuerte, räumlich kontrollierte und parallele chemische Synthese. Heute bieten zahlreiche Hersteller die unterschiedlichsten Chips an.

Rußwurm definierte Biochips allgemein als miniaturisierte Anordnung von Biomolekülen auf einer festen Oberfläche für molekularbiologische oder biochemische Anwendungen. Auf modernen Chips können heute 100 bis 1000 Moleküle gleichzeitig auf einer winzigen Fläche immobilisiert werden. Die große Zahl von Einzelmessungen auf kleinstem Raum hat zahlreiche Vorteile: Sie laufen schnell, lassen sich leicht automatisieren und sorgen damit für einen hohen Probendurchsatz. Zudem werden geringere Mengen Probenflüssigkeit und Reagenzien verbraucht.

Der Experte erklärte verschiedene Techniken, darunter so genannte DNA-Chips: Oligo-Chips enthalten 15 bis 80 und cDNA-Chips meist mehr als 100 Oligonucleotide. Rußwurm favorisierte die weniger empfindlichen Oligo-Chips. Die Nukleotide werden in mikroskopisch kleinen Substanzpunkten mit unterschiedlichen Techniken auf die Träger aus Silizium, Glas oder Plastik aufgetragen. Neben piezoelektrischen Druckverfahren, die vom heimischen Tintenstrahldrucker bekannt sind, synthetisieren manche Hersteller die Nukleotide direkt zielgenau auf der Chip-Oberfläche.

Moderne Geräte produzieren heute vollautomatisch 100 Chips mit jeweils 1000 Substanzpunkten in 24 Stunden, berichtete der Mediziner. Dabei landen nur zwischen 0,2 und 0,6 ml pro Punkt auf der Matrix.

Beim Auslesen der Chips entstehen gewaltige Mengen an Daten, die per Hand oder Auge nicht mehr ausgewertet werden können. "Eine CD-ROM mit 700 Megabyte ist mit den Informationen eines einzigen Chips schnell voll", sagte Rußwurm. Moderne Lesegeräte, zum Beispiel konfokale Laserscanner, und eine leistungsfähige Bioinformatik seien unverzichtbar.

Neben Chips zur Genotypisierung oder dem Hochdurchsatzscreening präsentierte der Referent auch die Lab-on-a-chip-Technologie. Dabei dient der Winzling als Minilabor für Analytik oder Synthese und macht aufwändige Apparaturen überflüssig. Ein Laser schneidet winzige Röhren und Kavitäten in die Plastikoberfläche, auf die später die Probe direkt aufgebracht wird. Neben den Mikrokanälen enthält der Chip je nach Einsatzgebiet molekulare Siebe und Fluoreszenzmesspunkte.

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