Neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer, bei denen Betroffene schrittweise ihre geistigen und motorischen Fähigkeiten verlieren, nehmen in vielen Ländern zu. Bisher sind diese Krankheiten zwar nicht heilbar, aber je früher sie erkannt werden, desto besser lassen sich die Symptome behandeln und hinauszögern. Doch die Früherkennung ist schwierig, weil die typischen Symptome oft erst viele Jahre nach dem eigentlichen Krankheitsbeginn auftreten. Zudem erfordert die Diagnose invasive Eingriffe, vor denen viele Patienten zurückschrecken oder zu denen sie keinen Zugang haben. Aktuell werden bei Personen mit Verdacht auf Alzheimer oder Parkinson meist verschiedene bildgebende Untersuchungen des Gehirns durchgeführt, außerdem wird Nervenwasser aus dem Rückenmarkskanal entnommen und analysiert.
Nach aktuellem Stand der Forschung wird die Alzheimer-Krankheit durch eigentlich lösliche Amyloidpeptide verursacht, die im Gehirn zusammenkommen und verklumpen. Diese Peptide – Amyloid-Beta- und Tau-Peptide – dienen als diagnostische Moleküle, sogenannte Biomarker, für Alzheimer. Auch bei der Parkinson-Krankheit verursachen bestimmte Amyloidproteine, die Alpha-Synuclein-Proteine, Störungen des Nervensystems. Diese können ebenfalls als Biomarker für die Erkrankung dienen. Eine Forschungsgruppe um Tyler Andrew Bodily von der University of California in San Diego hat nun einen Test entwickelt, mit dem diese Biomarker auf eine schonende, nicht-invasive und leicht anzuwendende Weise nachweisbar sind.
Wie funktioniert der Biosensor?
Für den Biosensor passten Bodily und seine Kollegen ein Gerät an, das sie während der Covid-19-Pandemie entwickelt hatten, um die Proteine des Sars-CoV-2-Virus zu erkennen. Möglich war dies, weil die nötigen Chips und andere Bauteile für Biosensoren in den vergangenen Jahren immer kleiner geworden sind und inzwischen automatisiert hergestellt werden können. Das nun für Parkinson und Alzheimer weiterentwickelte Gerät enthält einen Chip mit speziellen, auf dem Kohlenstoffmaterial Graphen basierenden Transistoren. Diese hochempfindlichen Graphen-Feldeffekt-Transistoren bestehen aus einer einatomigen Graphenschicht und mehreren Elektroden, die mit einer Batterie verbunden sind, um den Strom zu leiten und die Stromflussmenge zu steuern.
Mit einer der Elektroden sind zudem einzelne DNA-Stränge verbunden, die als Sonde dienen und spezifisch an die Biomarker der Krankheiten binden – entweder die Amyloid-Beta-, die Tau- oder die Synuclein-Proteine. Die Bindung dieser Proteine an ihre spezifische DNA-Sonde verändert die Stärke des Stromflusses zwischen den Elektroden. Dieses Signal verwendet das Gerät zur Erkennung der spezifischen Biomarker und überträgt es drahtlos an einen Laptop oder ein Smartphone. Der Biosensor basiert damit auf einer elektrochemischen statt einer nur chemischen Erkennung. Die Ergebnisse können direkt an Ärzte, Patienten sowie deren Betreuer und Familienangehörige übermittelt werden.
