Der Durchbruch: LUCAS
Zuletzt, Forscher des Mass General Brigham haben einen bedeutenden Fortschritt vermeldet. Die Kombination einer neuen chemischen Rezeptur schuf ein Diagnosewerkzeug, das in der Lage ist, biolumineszente Reaktionen zu erzeugen – 515 Mal heller und acht Mal langlebiger als bisherige Modelle. LUCAS, die Abkürzung für Luminescence Cascade-based Sensor, lässt die Biolumineszenz auf eine neue Stufe der Effizienz und Belastbarkeit heben.
Eine Methode voller Potenzial
Das Besondere an LUCAS ist die Verwendung der natürlichen „Zutaten“ für die Biolumineszenz – luciferin, die lichtemittierende Molekül, und luciferase, das Enzym, mit dem es reagiert. Die Herausforderung bestand lange Zeit darin, das Licht der biolumineszenten Reaktion nachhaltig zu erhalten. Während andere Tools es zunächst schafften, diese Reaktionen zu erzeugen, scheiterten sie daran, das Licht über längere Zeit zu halten. LUCAS hingegen integriert zusätzlich das Enzym beta-galactosidase. Dieses Enzym bindet sich an luciferin – so reguliert es die Freisetzung der lichtemittierenden Eigenschaften.
Virusdiagnostik auf neuem Niveau
Das enthüllte Potenzial von LUCAS könnte große Auswirkungen auf die Medizin haben. Es ermöglicht eine effiziente Identifizierung und Sichtbarmachung schwer fassbarer Viruspartikel mit nur einer chemischen Reaktion. „Die Entwicklung effektiver Diagnosetools ist ungemein herausfordernd“, erklärte Hadi Shafieee, einer der Hauptforscher der Studie. Es ist schwierig, die winzigen Partikel von infektiösen Krankheiten im komplexen biologischen Material zu finden. Ein Beispiel: Ein HIV-Partikel in einer Blutprobe zu lokalisieren, gleicht der Suche nach einem Eiswürfel in einem mit Gelee gefüllten Olympiabecken – blind gefühlt.
Prüfungen und Ergebnisse
Die Forscher testeten LUCAS an 177 mit Viren kontaminierten Patientproben und 130 Serumproben, die verschiedene Krankheitserreger wie SARS-CoV-2, HIV, HBV und HCV enthielten. Stimuli, wie zum Beispiel COVID-19-Proben, wurden mittels Nasenabstrich entnommen, während andere durch Blutuntersuchungen gewonnen wurden. Erstaunlicherweise konnte LUCAS das Virus innerhalb von 23 Minuten identifizieren und erreichte eine Genauigkeitsrate von über 94 % bei allen Infektionen.
Zukünftige Perspektiven und Anwendungen
Angesichts dieses Durchbruchs planen die Forscher, LUCAS für die Detektion von Krankheitserregern in anderen biologischen Flüssigkeiten weiter zu nutzen. Auch könnten sie testen, ob dieses Werkzeug in der Lage ist, mehrere Viren in einer einzigen Probe zu erkennen. Entwickelt mit dem Gedanken an Benutzerfreundlichkeit und Portabilität, birgt LUCAS die Möglichkeit, auch andere Biomarker für Krankheiten wie Alzheimer zu identifizieren.
Frühzeitige Diagnosen für bessere Zukunft
Eine frühzeitige Diagnosestellung ist von entscheidender Bedeutung. „Wir möchten möglichst früh Infektionen und Krankheiten erkennen“, sagte Sungwan Kim, der erste Autor der Studie. „Das kann den Unterschied in Bezug auf die Pflege und langfristige Ergebnisse ausmachen.“ Die Forschung zielt darauf ab, diagnostische Tools zu entwickeln, die sensibel, genau und zugänglich sind – die frühe Erkennung soll einfacher sein als je zuvor.
Die Publikation der Studie erfolgte in der Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering.
Quelle: Mass General Brigham