Wissenschaftler des Imperial College London und Oxford Nanopore Technologies haben eine neue Methode entwickelt, mit der Dutzende verschiedener Biomarker gleichzeitig analysiert werden können. Diese Methode hat das Potenzial, Tests für Krankheiten wie Herzkrankheiten und Krebs zu revolutionieren. Herkömmliche Tests suchen in der Regel nur nach einem oder ein paar Biomarkern, was die Menge an Informationen über die Krankheit eines Patienten begrenzt. Die neue Methode kann jedoch verschiedene Arten von Biomarkern aus derselben klinischen Probe erkennen, wie z.B. Proteine, kleine Moleküle und miRNA-Moleküle. Die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie mit dem neuen Test an Blutproben gesunder Teilnehmer wurden in Nature Nanotechnology veröffentlicht. Der Test funktioniert, indem die Blutprobe mit DNA-“Barcodes” gemischt wird, die sich an verschiedene Biomarker binden und von einem handgehaltenen Gerät von Oxford Nanopore gelesen werden. Die elektrische Signatur von jedem DNA-Barcode wird von einem maschinellen Lernalgorithmus interpretiert, um die Biomarker zu identifizieren. Die Forscher arbeiten nun daran, die Ergebnisse mit klinischen Proben von Patienten mit Herzinsuffizienz zu validieren. Die Methode hat das Potenzial, individuelle Informationen für Patienten mit verschiedenen Krankheiten bereitzustellen und könnte dazu beitragen, neue Biomarker für Diagnosen zu identifizieren.
Einführung
Wissenschaftler des Imperial College London haben in Zusammenarbeit mit Oxford Nanopore Technologies einen Durchbruch in der Analyse von Biomarkern erzielt. Sie haben eine Methode entwickelt, die gleichzeitig Dutzende von Biomarkern unterschiedlicher Typen analysieren kann. Dieser neue Ansatz hat das Potenzial, die Untersuchung von Erkrankungen wie Herzkrankheiten und Krebs zu revolutionieren und mehr umfassende Informationen über den Krankheitsverlauf eines Patienten zu liefern.
Einschränkungen der aktuellen Biomarker-Tests
Derzeitige Tests für Biomarker konzentrieren sich in der Regel auf einen oder einige wenige spezifische Biomarker, was die Menge an Informationen begrenzt, die über den Gesundheitszustand eines Patienten gewonnen werden können. Dies kann es schwierig machen, ein vollständiges Bild der Krankheit zu erhalten und individualisierte Behandlungspläne zu entwickeln. Die neue Methode zielt darauf ab, diese Einschränkungen zu überwinden, indem sie verschiedene Biomarker-Typen aus derselben klinischen Probe nachweist.
Vorteile der simultanen Biomarker-Analyse
Die Möglichkeit, mehrere Typen von Biomarkern gleichzeitig zu analysieren, bietet mehrere Vorteile gegenüber traditionellen Testmethoden:
- Umfassende Informationen: Die simultane Analyse liefert ein umfassenderes Verständnis der Krankheit, indem sie mehrere Biomarker berücksichtigt.
- Individualisierte Behandlungspläne: Die zusätzlichen Informationen, die aus der simultanen Analyse gewonnen werden, können Ärzten bei der Entwicklung individualisierter Behandlungspläne für Patienten helfen.
- Potenzial zur Entdeckung neuer Biomarker: Die simultane Analyse kann dazu beitragen, neue Biomarker zu identifizieren, die zur Früherkennung oder Überwachung verschiedener Erkrankungen verwendet werden können.
Die neue Methode: Wie funktioniert sie?
Die neue Methode zur simultanen Analyse von Biomarkern beinhaltet eine Kombination aus DNA-“Barcodes” und einem handlichen Gerät, das von Oxford Nanopore entwickelt wurde. So funktioniert der Prozess:
1. Probenvorbereitung
Es wird eine klinische Probe, wie z.B. Blut, vom Patienten entnommen. Diese Probe enthält verschiedene Biomarker, die Aufschluss über den Gesundheitszustand des Patienten geben können.
2. Vermischung mit DNA-Barcodes
Die Probe wird mit DNA-“Barcodes” vermischt. Jeder Barcode ist so konzipiert, dass er sich an einen spezifischen Biomarker in der Probe bindet. Dadurch wird die simultane Identifizierung verschiedener Biomarker ermöglicht.
3. Auslesen der DNA-Barcodes
Die Mischung aus Probe und DNA-Barcodes wird mit einem handlichen Gerät von Oxford Nanopore analysiert. Das Gerät liest die elektrische Signatur jedes DNA-Barcodes, die einem spezifischen Biomarker entspricht.
4. Interpretation mit maschinellem Lernen
Ein maschinelles Lernalgorithmus interpretiert die aus den DNA-Barcodes erhaltenen elektrischen Signaturen. Es kategorisiert und identifiziert die verschiedenen Biomarker, die aufgrund dieser Signaturen in der Probe vorhanden sind.
Proof-of-Concept-Studie
Eine Proof-of-Concept-Studie wurde durchgeführt, um die Effektivität der neuen Methode zu validieren. Die Studie umfasste die Analyse von Blutproben von gesunden Teilnehmern. Die Ergebnisse wurden in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.
Ergebnisse der Studie
Die Proof-of-Concept-Studie hat die Machbarkeit der simultanen Biomarker-Analyse mithilfe der neuen Methode gezeigt. Es konnten erfolgreich mehrere Arten von Biomarkern, einschließlich Proteinen, kleinen Molekülen und miRNA-Molekülen, aus denselben Blutproben nachgewiesen werden.
Nächste Schritte und zukünftige Anwendungen
Die Forscher konzentrieren sich nun darauf, die Ergebnisse der neuen Methode mithilfe von klinischen Proben von Patienten mit Herzinsuffizienz weiter zu validieren. Darüber hinaus untersuchen sie das Potenzial der Methode zur Identifizierung neuer Biomarker für Diagnose und Überwachung verschiedener Erkrankungen.
Potenzialer Einfluss
Bei erfolgreicher Validierung könnte die neue Methode einen erheblichen Einfluss auf das Feld der Biomarker-Analyse haben. Sie hat das Potenzial, mehr individualisierte Informationen für Patienten bereitzustellen, wodurch Ärzte fundiertere Entscheidungen über Behandlungspläne und Interventionen treffen können.
Ausweitung auf andere Krankheiten neben Herzkrankheiten
Obwohl der Schwerpunkt zunächst auf Herzkrankheiten liegt, könnte die neue Methode auch auf andere Krankheiten wie Krebs ausgeweitet werden. Die Möglichkeit, mehrere Biomarker gleichzeitig zu analysieren, eröffnet Möglichkeiten für eine frühe Diagnose, eine bessere Überwachung des Krankheitsverlaufs und verbesserte Behandlungsergebnisse in verschiedenen medizinischen Fachgebieten.
Zusammenarbeit und zukünftige Forschung
Die Zusammenarbeit zwischen Forschungsinstitutionen, Gesundheitsdienstleistern und Technologieunternehmen wird entscheidend sein, um die neue Methode weiterzuentwickeln und zu verbessern. Zukünftige Forschungen könnten auch das Potenzial der Kombination von simultaner Biomarker-Analyse mit anderen fortgeschrittenen Technologien wie der genomischen Sequenzierung oder künstlicher Intelligenz untersuchen, um die diagnostischen Fähigkeiten noch weiter zu verbessern.
Fazit
Die Entwicklung einer neuen Methode zur simultanen Analyse von Biomarkern hat das Potenzial, die Untersuchung von Erkrankungen wie Herzkrankheiten und Krebs zu revolutionieren. Durch die Möglichkeit, verschiedene Arten von Biomarkern aus derselben klinischen Probe nachzuweisen, liefert diese Methode umfassendere Informationen, damit Ärzte fundierte Entscheidungen treffen können. Weitere Forschung und Validierung sind erforderlich, um die Auswirkungen und breiten Anwendungen dieser bahnbrechenden Technologie vollständig zu verstehen.
