Leuchtendes Protein zeigt Medikamentendosis an
Ein Molekül, das von Schweizer Forschern entwickelt wurde, kann durch Leuchten die Medikamentendosis im Blut anzeigen. Rotes Licht bedeutet zu wenig, blaues Licht bedeutet genügend Wirkstoff. Die Forscher erhoffen sich so viel von ihrer Erfindung, dass sie ein Startup-Unternehmen gründeten.
Die Überwachung der Arzneimittelkonzentration ist entscheidend für eine wirksame Behandlung, insbesondere in Fällen von Krebs, Herzerkrankungen, Epilepsie und Immunsuppression nach Organtransplantationen. Allerdings sind die derzeitigen Methoden teuer, zeitaufwändig und erfordern entsprechend geschultes Personal und eine Infrastruktur, die sich nicht immer am gleichen Ort wie der Patient befindet.
Im Fachmagazin “Nature Chemical Biology” stellten Wissenschaftler der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) neuartige Leucht Sensor-Proteine vor, die schnell und einfach durch eine Änderung der Farbe ihres Lichts zeigen, wie viel Wirkstoff im Blutkreislauf eines Patienten vorhanden ist. Das Verfahren ist so einfach, dass es von Patienten selbst eingesetzt werden könnte.
Eine wirksame medikamentöse Behandlung stützt sich auf den Ausgleich der Effizienz und Toxizität eines Medikaments – das ist der Kern der personalisierten Medizin. Da sich jeder Patient von anderen unterscheidet, erfordert dies eine ständige Überwachung, um die optimale Dosierung zu bestimmen und Nebenwirkungen oder gar Vergiftungen zu verhindern. Aktuelle Medikamenten-Monitoring-Methoden beruhen auf Techniken, die spezialisiertes Personal und teure Geräte erfordern, und müssen in Diagnoselabors durchgeführt werden. Die Entwicklung von schnellen, kostengünstigen Verfahren könnte die medikamentöse Therapie am Krankenbett oder in der Wohnung des Patienten verbessern, insbesondere in Gebieten mit schlechter medizinischer Infrastruktur.
Neues Molekül für die Überwachung der Wirkstoffkonzentration
Das Team um Prof. Kai Johnsson an der EPFL hat ein neuartiges Biosensor-Molekül entwickelt, das schnell und präzise die Wirkstoffkonzentration im System eines Patienten messen kann, ohne etwas Komplizierteres zu benötigen als eine Digitalkamera.
Das Sensormolekül wirkt durch Bindung des Arzneimittels im zirkulierenden Blutstrom des Patienten und wechselt entsprechend die Farben. Das Molekül selbst besteht aus vier Komponenten. Eine Komponente ist ein Rezeptorprotein, das die Moleküle des Zielwirkstoffes bindet. Die zweite Komponente ist ein kleines Molekül, ähnlich dem Ziel-Arzneimittel, das den Wirkstoff-Rezeptor binden könnte. Die dritte Komponente ist das Licht erzeugende Enzym Luciferase, und das vierte ist ein Fluorophor-Molekül, das die Farbe des Lichts, das die Luciferase ändern kann, wenn sie nahe kommt.
Um die Medikamentendosis zu bestimmen, wird ein Blutstropfen mit dem Biosensor gemischt, in eine dunkle Kiste gelegt und mit einer Digitalkamera fotografiert. Das Bild analysiert man mit einer farbmessenden Software und vergleicht die Farbe mit einer Standardkurve. So lässt sich rasch die Wirkstoffmenge abschätzen.
Die Autoren konnten an sechs Medikamenten zeigen, dass das System funktioniert – sowohl im Reagenzglas wie in einem Fall auch mit echtem Blutplasma. Es könne auf annähernd jeden Wirkstoff angewendet werden, erklärten sie. Dazu müssten nur das Rezeptor- und das wirkstoffähnliche Protein angepasst werden.
“Das System ist eine günstige und effektive Lösung, um die Wirkstoffdosierung bei Patienten mit einer ganzen Reihe von Krankheiten zu personalisieren”, erklärte Erstautor Rudolf Griss in der Mitteilung. Er und Co-Autor Alberto Schena haben ein Startup-Unternehmen gegründet, um den Biosensor zur Marktreife zu bringen.
Derzeit sind die Wissenschaftler dabei, das System so weiterzuentwickeln, dass der Patient lediglich einen Blutstropfen auf einen Papier-Teststreifen tupfen muss und dieses dann in ein Lesegerät legt. Er erhält dann ein sofortiges Resultat – ähnlich wie Diabetiker ihren Blutzucker messen. Die neue Klasse der biosensoren nenn die Forscher “LUCiferase-based Indicators of Drugs”, kurz LUCIDs.
A new molecule enables quick drug dose monitoring:
https://youtu.be/8sRY4wO36Sc
Griss R, Schena A, Reymond L, Patiny L, Werner D, Tinberg CE, Baker D, Johnsson K.
Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring
Nature Chemical Biology, DOI: 10.1038/nchembio.1554
Quelle: APA, ETH Lausanne