Biametrics: der Spezialist für die markierungsfreie Bioanalyse

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Biametrics: der Spezialist für die markierungsfreie
Bioanalyse
Biametrics ist ein Spin-off der Universität Tübingen und hat innovative Entwicklungen zur
markierungsfreien Analyse auf eine kommerzielle Plattform gestellt. Detektiert werden
Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen. Die Technologie basiert auf der
Reflektometrischen Interferenzspektroskopie (RIfS) und kann in kleine, handliche
Analysegeräte für den mobilen Einsatz integriert werden.
Die beiden Biametrics-Gründer und Geschäftsführer Dr. Günther Proll und Florian Pröll. © Biametrics
Schnell, robust, preiswert, und das alles bei sehr niedrigen Nachweisgrenzen - das klingt fast
zu gut, um wahr zu sein. Und doch bietet die markierungsfreie Analyse von Biametrics genau
diese Vorteile. Damit ist sie für den Einsatz in der klinischen Diagnostik ebenso interessant wie
für die pharmazeutische Wirkstoffentwicklung und für Sicherheitschecks auf
Krankheitserreger, zum Beispiel an Flughäfen. Markierungsfreie Analysen bieten generell den
Vorzug, dass die zu untersuchenden Objekte, in diesem Fall Biomoleküle jeglicher Art, nicht
durch Marker-Anbindung in ihrer natürlichen Aktivität beeinflusst werden.
Die Grundlagen der Biametrics-Technologie wurden seit Mitte der 90-er Jahre in der
Forschungsgruppe von Prof. Dr. Günter Gauglitz an der Uni Tübingen erarbeitet. Hier lernten
sich die beiden Unternehmensgründer und heutigen Biametrics-Geschäftsführer kennen: Dr.
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Günther Proll und Florian Pröll forschten an optischen Biosensorsystemen unter Einsatz der
Reflektometrischen Interferenzspektroskopie, abgekürzt RIfS. Pröll erklärt das Prinzip: „Bei
Materialien, die sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, wird Licht an
Schichtgrenzen teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen. Die reflektierten Strahlen
überlagern sich, das heißt, sie interferieren und zwar abhängig von ihrer Wellenlänge. Dadurch
ändert sich das reflektierte Muster." Die beiden Biametrics-Chefs nutzen einen Vergleich mit
Seifenblasen, um das zu veranschaulichen: Hier führen Interferenzen dazu, dass manche
Farbanteile nicht mehr sichtbar sind und sich dadurch die Farbe ändert - die Seifenblase
schillert.
Lichtreflexionen im Dienste qualitativer und quantitativer Analysen
Bei den optischen Biosensoren werden lichtdurchlässige Trägermaterialien wie Glas oder
Kunststoff eingesetzt. Ihre Oberfläche wird beschichtet, um einen der Partner für die
Wechselwirkung zu fixieren. Der andere kann sich frei in einer Probelösung befinden oder an
der Oberfläche von Zellen gebunden sein. Kommt es zur Wechselwirkung mit dem an der
Oberfläche gebundenen Partner, ändern sich die optischen Eigenschaften der Schicht, was
über die RIfS gemessen werden kann. „Wir haben die universitären Entwicklungen zu dieser
Methode übernommen, erweitert und um firmeninterne Entwicklungen ergänzt. Seit 2007
verfügen wir dazu auch über ein eigenes Patent-Portfolio“, erklärt Proll.
Viel Entwicklungsarbeit steckt in der patentgeschützten Oberflächenchemie. „Die zentrale
Frage war, wie wir den Partner für die Wechselwirkungen so auf dem Träger fixieren können,
dass er noch funktionell ist, seinen Interaktionspartner erkennt und mit ihm in
Wechselwirkung tritt“, sagt Pröll. „Eine weitere Herausforderung war es, die Oberflächen so zu
beschichten, dass keine unspezifischen Artefakte gemessen werden“, ergänzt Proll. Das
Verfahren ist mittlerweile so ausgefeilt, dass selbst geringste Molekülkonzentrationen von nur
einem Pikogramm pro Quadratmillimeter Trägerfläche detektiert werden können.
Kooperationen sichern den Marktzugang
Für den Vertrieb der innovativen Sensor-Technologie arbeitet Biametrics mit größeren Firmen
zusammen, die über einen Marktzugang für den jeweiligen Bereich - zum Beispiel die
Diagnostik – verfügen. Proll umreißt das Biametrics-Geschäftsmodell: “Wir verkaufen im
Grunde eine Systemlösung, vermarkten Lizenzen unserer Technologie und begleiten die
Geräte-Entwicklungen, das heißt, wir arbeiten eng mit Herstellern zusammen, um ihre
Produkte für die Anforderungen der Biametrics-Technologie zu spezifizieren. Daneben
entwickeln wir weitere neue Applikationen.“
Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche ist für Biametrics zurzeit die Human-. und
Tierdiagnostik. An Beispiel der In-vitro-Diagnostik erklärt Pröll die Vorteile des Systems: „Wenn
wir die Träger-Oberfläche mit einem Antikörper beschichten und dann eine Blut- oder SerumProbe auftragen, binden Partnermoleküle, sofern sie vorhanden sind, daran. Diese Bindung
können wir sofort qualitativ und quantitativ nachweisen. Dafür ist kein zweiter Antikörper nötig
und es müssen keine Wasch-Schritte durchgeführt werden, die bei geringer Affinität der
Bindungspartner zu falsch negativen Ergebnissen führen könnten.“ Das direkte Verfahren
macht die Messung schnell und spart Kosten für Reagenzien, die sich bei einer automatisierten
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Anwendung schnell zu großen Summen addieren.
Biametrics macht die Diagnostik schnell und mobil
Der Chip für das Biosensor-System wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projekt MoDekt entwickelt – in einer
Kooperation der Uni Stuttgart (IPE und ITO) mit IMS-Chips Stuttgart, dem IPTC der Universität Tübingen und dem
Universitätsklinikum Tübingen. © Biametrics
Da die RIfS eine zeitaufgelöste Messung ermöglicht, liefert die Methode auch Informationen zur
Kinetik der Wechselwirkungen zwischen den Biomolekülen: „Wir erhalten Dissoziations- und
Assoziationskonstanten der Antikörper und können darüber ihre Affinität bestimmen. Das ist
zum Beispiel bei der Diagnostik von Autoimmunkrankheiten wichtig, hier korreliert die Affinität
der Antikörper stark mit dem Krankheitsbild“, erklärt Proll. Auch für die Entwicklung
therapeutischer Antikörper sind die Daten wichtig und generell für die Entwicklung
biopharmazeutischer Wirkstoffe. Proll nennt als Beispiel komplexe Wirkstoff-Proteine und Peptide: Die Kinetik verrät, wie schnell, wie häufig und wie stark sie an den Wirkort binden,
„darüber wird auch die Halbwertszeit von Medikamenten definiert“, so Proll. Die Schnelligkeit
könnte der Biametrics-Technologie auch bei nichtklinischen Anwendungen zum Durchbruch
verhelfen. Seit sich Krankheitserreger in kürzester Zeit in der ganzen Welt ausbreiten können –
Grippeviren sind nur ein Beispiel – ist die „Homeland Security“ ein Markt für die Bioanalyse.
„Interessant wäre ein Assay , mit dem Passagiere an Flughäfen innerhalb kürzester Zeit auf
Viruspartikel untersucht werden könnten. Im Moment ist unser Ansatz, dass solche Tests
mithilfe der Biametrics-Technologie in weniger als fünf Minuten durchgeführt werden können“,
erklärt Pröll.
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Fachbeitrag
07.06.2010
leh
BioRegio STERN
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH
Weitere Informationen
Biametrics Marken und Rechte GmbH
Dr. Günther Proll
Florian Pröll
Auf der Morgenstelle 18
72076 Tübingen
Tel.: 07071 29-73048
E-Mail: mail(at)biametrics.com
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