Molekulare Diagnostik

Die genaue Diagnostik einer Erkrankung ist notwendige Grundlage jeder Therapie und Basis für eine personalisierte Medizin. Für einen möglichst eindeutigen und spezifischen Nachweis entwickeln wir am Fraunhofer IGB daher neue, molekularbiologische diagnostische Verfahren – auf Nukleinsäurebasis (diagnostische Microarrays, Nachweisverfahren auf Basis der DNA-Hochdurchsatzsequenzierung) oder mittels zellulärer Reportersysteme (Pyrogen-Assay-System). Mithilfe dieser Informationen können Maßnahmen für eine spezifische Behandlung eingeleitet oder personalisierte Medikamente für unterschiedliche Bevölkerungsgruppen entwickelt werden.

Microarray-Technologien

Beispiele unserer langjährigen Erfahrung in der Microarray-Technologie etwa sind Nukleinsäure-Microarrays für den Nachweis von Antibiotika-Resistenzen oder die Diagnose respiratorischer Erkrankungen: vom Sondendesign bis zur Immobilisierung mit Kontaktprintingverfahren.

Speziell zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten führt die Kombination von Methoden der funktionellen Genomanalyse mit unserer Expertise in der Zellkulturtechnik und der Infektionsbiologie zu einem Alleinstellungsmerkmal in der Entwicklung von Infektionsmodellen und Diagnostika. Als effektive Nachweissysteme für Erreger von Sepsis oder Hautinfektionen kommen auch hier DNA-Microarrays zum Einsatz.

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Hochdurchsatz-Sequenzierung

Einen neuen Weg gehen wir bei der Diagnostik mikrobieller Sepsiserreger: Mittels Hochdurchsatzsequenzierung und spezieller bioinformatischer Auswertungsalgorithmen können wir die Sepsis verursachenden Pathogene innerhalb von nur 24 Stunden zuverlässig diagnostizieren. Dies ermöglicht dem Arzt, sofort gezielte Therapiemaßnahmen in die Wege zu leiten, anstatt wertvolle Zeit mit einer nicht wirksamen Medikation verstreichen zu lassen. Aus dem Fraunhofer IGB wurde im Januar 2017 die Noscendo GmbH gegründet, die auf dieser Basis schnelle Diagnostikverfahren von Sepsis-Erkrankungen vermarktet.

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Pyrogen-Diagnostik mit Rezeptoren des Immunsystems

Zum Nachweis von Pyrogenen, z. B. bakteriellen Überresten, die fiebrige Reaktion bis hin zu Schockzuständen im Menschen hervorrufen, haben wir zellbasierte Assaysysteme entwickelt, die Rezeptoren des angeborenen Immunsystems zum Nachweis der pyrogenen Stoffe nutzen. Die Assays eignen sich zur Untersuchung medizintechnischer Geräte und pharmazeutischer Formulierungen auf Pyrogenfreiheit und können bisherige Tests ergänzen oder ersetzen.

In aktuellen Arbeiten haben wir einen Schnelltest-Stick konzipiert, mit dem sich Bakterien, Pilze oder Viren über ihre Bruchstücke schnell und einfach – ohne aufwendige Labordiagnostik – nachweisen lassen. An einem Prototypen konnten wir zeigen, dass der Stick für das Bakterien-Pyrogen LPS funktioniert. Künftig sollen damit auch Allergene und Krankheitserreger im Blut nachgewiesen werden.

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Markerfreie Diagnostik mit Raman-Mikrospektroskopie

Als markerfreies Diagnostikverfahren haben wir am Fraunhofer IGB über viele Jahre hinweg die Raman-Mikrospektroskopie für die nicht-invasive Analyse von Zellen und Geweben etabliert. Seit Jahrzehnten in der pharmazeutischen Industrie zur Qualitätskontrolle eingesetzt, ist die Technologie auch für biomedizinische Anwendungen von großem Wert, da sie molekulare Fingerabdrücke von Zellen und Geweben liefert, ohne diese zu verändern. Über den Abgleich mit Datenbanken können wir Zelltypen aus heterogenen Stammzellkulturen oder primären Zellisolaten bestimmen, molekulare Veränderungen in differenzierenden pluripotenten Zellkulturen verfolgen, Proteine der extrazellulären Matrix oder kontaminierende Mikroorganismen identifizieren und zytotoxische Effekte oder nekrotische und apoptotische Vorgänge erkennen.

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