Hoffnung f\u00fcr Patienten weltweit: Forscher der \u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz entwickelten einen Biosensor, der die Diagnose von Parkinson und Alzheimer auf ein neues Niveau bringt. Der innovative Messf\u00fchler, ImmunoSEIRA genannt, vereint gleich mehrere Technologien \u2013 und erm\u00f6glicht die pr\u00e4zise Erkennung und Identifizierung von Protein-Biomarkern. Diese stehen mit den schweren neurodegenerativen Krankheiten, wie Alzheimer und Parkinson, in Verbindung.<\/p>\n\n\n\n
Der Bedarf an effektiven Diagnosemethoden zur Fr\u00fcherkennung und Verlaufskontrolle von Erkrankungen des Nervensystems ist enorm. Hier setzt ImmunoSEIRA an und er\u00f6ffnet v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten. Denn: Proteinfehlfaltung spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung dieser Krankheiten. W\u00e4hrend des Verlaufs degenerieren gesunde Proteine zuerst in Oligomere und sp\u00e4ter in Fibrillen. Diese abnormen Protein-Aggregate zirkulieren nicht nur im Gehirn und in den K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten \u2013 sie hinterlassen auch Ablagerungen im Hirn von Betroffenen. Mithilfe von ImmunoSEIRA k\u00f6nnen Mediziner nun genau diese charakteristischen Krankheitszeichen aufsp\u00fcren, die als Biomarker dienen. Das bedeutet eine enorme Verbesserung f\u00fcr die fr\u00fchzeitige Erkennung und Behandlung von Parkinson und Alzheimer. Doch der Weg zu diesem Durchbruch war kein leichter: Die Forscher mussten vielf\u00e4ltige Hindernisse \u00fcberwinden. Dazu z\u00e4hlen vor allem technologische Herausforderungen bei der exakten Trennung und Quantifizierung der verschiedenen Proteinzust\u00e4nde.<\/p>\n\n\n\n
Die EPFL ver\u00f6ffentlichte ihre wegweisende Studie in Science Advances<\/a>. So setzte sie k\u00fcnstliche Intelligenz (KI) und neuronale Netzwerke ein, um die Stadien und Verl\u00e4ufe von Krankheiten zu quantifizieren. Das Ergebnis ist vielversprechend, denn diese technologische Innovation er\u00f6ffnet nicht nur neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Fr\u00fcherkennung und \u00dcberwachung. Sie verspricht auch deutliche Verbesserungen f\u00fcr die Beurteilung von Behandlungsoptionen in verschiedenen Phasen neurodegenerativer Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer.<\/p>\n\n\n\n Um den fortschrittlichen Biosensor zu entwickeln, kombinierten die Forscher des Bionanophotonik-Systems-Labors und des Labors f\u00fcr Molekulare Neurobiologie und Neuroproteomik mehrere Wissenschaftsbereiche \u2013 darunter die Protein-Biochemie, das Forschungs- und Technologiegebiet OptoFluidic, Nanotechnologie und KI. Professor Hilal Lashuel, der an der Forschung beteiligt war, zeigt sich begeistert von diesem Ansatz: \u201eIm Gegensatz zu aktuellen biochemischen Ans\u00e4tzen, die darauf beruhen, die Menge dieser Molek\u00fcle zu messen, konzentriert sich unser Ansatz auf die Erkennung abnormer Strukturen. Diese Technologie erm\u00f6glicht es uns auch, die Niveaus der beiden Hauptformen abnormer Strukturen zu unterscheiden, die in der Entstehung und dem Verlauf neurodegenerativer Krankheiten eine Rolle spielen: Oligomere und Fibrillen.\u201c<\/p>\n\n\n\n Der ImmunoSEIRA-Biosensor nutzt eine Technologie namens \u201esurface-enhanced infrared absorption spectroscopy\u201c (SEIRA). Mit dieser Methode gelingt es, die Formen von Biomarkern, die mit neurodegenerativen Krankheiten in Verbindung stehen, pr\u00e4zise zu erkennen und zu analysieren. Dieser Detektiv auf molekularer Ebene ist ein wahres Wunderwerk und f\u00e4ngt die Biomarker mit beeindruckender Genauigkeit ein.<\/p>\n\n\n\n Das Geheimnis des ImmunoSEIRA-Sensors liegt in seinen goldbeschichteten Anordnungen, die mit Antik\u00f6rpern f\u00fcr die Erkennung spezifischer Proteine ausgestattet sind. Damit erm\u00f6glicht der Biosensor eine Echtzeit-Erfassung und strukturelle Analyse der Ziel-Biomarker selbst in winzigsten Proben. Aber das ist noch nicht alles \u2013 zus\u00e4tzlich kommt noch K\u00fcnstliche Intelligenz ins Spiel: Neuronale Netzwerke werden eingesetzt, um das Vorhandensein spezifischer fehlgefalteter Proteinformen, wie Oligomere und Fibrillen, zu identifizieren. Dies f\u00fchrt zu einer bislang unerreichten Genauigkeit bei der Erkennung, das sogar w\u00e4hrend des fortschreitenden Verlaufs der Krankheiten. Professor Hilal Lashuel ist \u00fcberzeugt, dass dies einen bedeutenden Fortschritt in der Diagnose degenerativer Erkrankungen darstellt.<\/p>\n\n\n\n Lashuel betont: \u201eDa der Krankheitsprozess eng mit Ver\u00e4nderungen in der Proteinstruktur zusammenh\u00e4ngt, sind wir der Meinung, dass strukturelle Biomarker \u2013 insbesondere, wenn sie mit anderen biochemischen und Neurodegenerations-Biomarkern kombiniert werden \u2013 den Weg f\u00fcr eine pr\u00e4zisere Diagnose und \u00dcberwachung des Krankheitsverlaufs ebnen k\u00f6nnen.\u201c<\/p>\n\n\n\n Das Forschungsteam ging noch einen Schritt weiter und setzte den ImmunoSEIRA-Biosensor in realen klinischen Umgebungen, in biologischen Fl\u00fcssigkeiten, ein. Dabei gelang es, die besondere Kennzeichnung abnormer Fibrillen, die ein wichtiger Hinweis f\u00fcr neurodegenerative Krankheiten ist, mit hoher Pr\u00e4zision zu identifizieren. Selbst in komplexen Fl\u00fcssigkeiten wie der menschlichen Liquor cerebrospinalis (Gehirn-R\u00fcckenmarks-Fl\u00fcssigkeit) erzielte der Messf\u00fchler beeindruckende Ergebnisse. Der Blick geht nun in die Zukunft: Das Team plant, die F\u00e4higkeiten dieser neuen Technologie weiter auszubauen. Zudem bereiten sich die Forscher darauf vor, das diagnostische Potenzial genau auszuwerten \u2013 in Bezug auf Parkinson, aber auch auf die wachsende Anzahl von Erkrankungen, deren Ursache in der Proteinfaltung und -aggregation liegt.<\/p>\n\n\n\n Dar\u00fcber hinaus entwickelten Forscher der UC Santa Cruz chipbasierte Biosensoren, die es einem einzigen Ger\u00e4t erm\u00f6glichen, mehrere medizinische Tests an verschiedenen Biomolek\u00fclen durchzuf\u00fchren \u2013 gleichzeitig und das sogar bei stark variierenden Konzentrationen. Als Grundlage dient hier maschinelles Lernen, um Partikel mit beeindruckender Genauigkeit zu erkennen und somit eine Echtzeit-Datenanalyse zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n Damit das funktioniert, brachten Forscher den optofluidischen chipbasierten Biosensoren v\u00f6llig neue Funktionalit\u00e4ten bei: Diese k\u00f6nnen nun Nanosph\u00e4ren in einer riesigen Bandbreite von Konzentrationen aufsp\u00fcren \u2013 von extrem gering bis winzig klein. Die verbesserten Techniken erm\u00f6glichen eine kontinuierliche Fluoreszenzdetektion und er\u00f6ffnen innovative M\u00f6glichkeiten f\u00fcr pr\u00e4zise Messungen. Dies erweitert den Einsatzbereich der Sensoren um das 10.000-fache \u2013 ein echter Quantensprung, wie auf der SciTechDaily-Website<\/a> zu lesen ist. Doch das ist noch nicht alles: Die Forscher entwickelten auch einen extrem schnellen Algorithmus zur Echtzeit-Identifizierung von Signalen einzelner Partikel bei niedrigen Konzentrationen. Dank maschinellem Lernen k\u00f6nnen Wissenschaftler die verschiedene Partikelarten nun mit beeindruckender Pr\u00e4zision voneinander unterscheiden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Hoffnung f\u00fcr Patienten weltweit: Forscher der \u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz entwickelten einen Biosensor, der die Diagnose von Parkinson und Alzheimer auf ein neues Niveau bringt. Der innovative Messf\u00fchler, ImmunoSEIRA genannt, vereint gleich mehrere Technologien \u2013 und erm\u00f6glicht die pr\u00e4zise Erkennung und Identifizierung von Protein-Biomarkern. 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