Nach dem Vorbild unseres Immunsystems entwickeln ChemikerInnen der Universität Wien künstliche Antikörper als Beschichtung für Sensoren. Sie suchen damit nach Chemikalien und Biopartikeln. Selbst Schnupfenviren und Tumorzellen entgehen den Messfühlern nicht.

Hatschi. Gesundheit! Etwa 150 verschiedene Arten von Schnupfenviren sind bekannt: kleine Bälle mit etwa 30 Nanometern Durchmesser, für das menschliche Auge unsichtbar. Unser Immunsystem erkennt die unerwünschten Eindringlinge dennoch ? und zwar an ihrer Hülle. Charakteristische Merkmale an der Oberfläche wirken wie ein molekularer Fingerabdruck. Und dasselbe Prinzip machen sich auch die Wiener ChemikerInnen für ihre Sensoren zunutze. Molekulare Erkennung Im Rahmen eines FWF-Projektes entwickelte das ForscherInnenteam rund um o. Prof. Mag. Dr. Franz Dickert unter Mitwirkung von Univ.-Ass. Mag. Dr. Oliver Hayden vom Institut für Analytische Chemie und Lebensmittelchemie für diese Sensoren spezielle Beschichtungen aus Kunststoff. In die oft nur 100 Nanometer dicken Schichten prägen die WissenschafterInnen exakte Abdrücke von Molekülen. "Mit diesen spezifischen Hohlräumen in den Polymeren sind wir in der Lage, Chemikalien, aber auch biologische Partikel zu erkennen und diese aus einem Gas oder aus einer Flüssigkeit einzufangen", veranschaulicht Dickert das angewandte Verfahren. Blutzellen, Bakterien und mehr Jüngster Erfolg dieser Chemosensoren ist die Unterscheidung von menschlichen Blutgruppen-Zellen und somit eine eindeutige Methode zur Bestimmung der Blutgruppen. Das Einsatzspektrum für diese Messfühler scheint nahezu unbegrenzt. Sie finden Anwendung bei der Bakteriensuche im Trinkwasser oder etwa bei der Überwachung von Wachstumsprozessen biologischer Organismen in Bioreaktoren. Einzelne Kebszelle nachgewiesen In Zusammenarbeit mit dem AKH Wien ist Dickert und seinem Team erst vor kurzem sogar der Nachweis einer einzelnen Tumorzelle gelungen. "Das Verfahren ist so flexibel, dass wir damit auch den Ernährungszustand der Zellen nachweisen können oder ob sie sich gerade im Zeitpunkt der Teilung befindet", zeigt sich Dickert begeistert. "Somit können wir nicht nur die Zelle an sich detektieren, sondern zudem sozusagen eine Spezifikation der Zelle im jeweiligen Wachstumsprozess durchführen." Chemische Information wird zum elektrischen Signal Die Nachweisgrenze dieser chemischen Sensoren liegt im Bereich von nur einem Femtogramm (1 Femtogramm = 0,000 000 000 000 001 Gramm). Ermöglicht wird diese hohe Massenauflösung durch Schwingquarze und so genannte Hochfrequenz SAW (surface-acoustic-wave )-Resonatoren, die mit mikroelektronischen Strukturen auf Quarzoberflächen "Erdbebenwellen" erzeugen. Denn die Resonanzfrequenz der Quarzplättchen ? auf denen die Kunststoffschichten aufgebracht werden ? ist von ihrer Dicke und Masse abhängig. Bereits die Masse einer einzigen abgelagerten Zelle bewirkt eine messbare Änderung der Frequenz. Vorteile gegenüber Biosensoren Gegenüber ihren weit verbreiteten biologischen Pendants weisen die Messfühler aus Kunststoff gleich mehrere Vorteile auf. Biosensoren sind zwar vergleichbar sensitiv, jedoch durch die geringere Verfügbarkeit von biologischen Komponenten stark limitiert. Beispielsweise arbeiten Biosensoren mit Antikörpern, die aus Versuchstieren gewonnen und auf die Schwingquarze "geklebt" werden. Die Haltbarkeit der Antikörper ist allerdings begrenzt, die Gewinnung extrem aufwändig und nur auf ein bestimmtes Tier zugeschnitten.   Flexibler als die Natur "Mit synthetischen Antikörpern sind wir erheblich flexibler als die Natur, die im Wesentlichen die so genannten Biorekognition durch Proteine durchführt", meint Dickert. "Für uns steht hingegen die große Palette sämtlicher Kunststoffe aus der Chemie zur Verfügung, womit wir zielgerichteter agieren und auf diese Weise sehr robuste Polymere produzieren können." Ausgetrickstes Immunsystem Flexibilität ist vor allem im Zusammenhang mit dem Nachweis unterschiedlicher Virenstämme und anderer Krankheitserreger gefragt. Viele davon sind wahre Verwandlungskünstler. Durch Mutationen ihres Erbgutes und somit auch ihrer äußeren Hülle gelingt es ihnen immer wieder, unser Immunsystem auszutricksen. Verbesserte Nachweismethoden Die verschiedenen Stämme der Schnupfenviren können die ForscherInnen der Universität Wien mittlerweile sehr gut unterscheiden. Und es spricht nichts dagegen, dass es auch mit Grippeviren und anderen Mikroorganismen gelingt. "Da biologische Partikel ein sehr dynamisches System darstellen, gilt es, hier verbesserte Nachweismethoden zu entwickeln, die sich in sehr kurzen Zeiten auf geänderte Partikel einstellen können", so Dickert. (ro)    Das von o. Prof. Mag. Dr. Franz Dickert geleitete Projekt "Synthetische Antikörper als Beschichtung für Chemosensoren" wurde vom FWF für drei Jahre finanziert und ist soeben abgeschlossen worden.