Dynamic Biosensors: Protein-Analyse auf einem Chip mit elektrisch bewegten DNA-Molekülen

Dr. Ulrich Rant
Walter-Schottky-Institut, Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien

Technische Universität München

rant@wsi.tum.de, Tel.: 089- 2891 2778

Kurzzusammenfassung:

Wie verschiedene Biomoleküle miteinander wechselwirken, ist ein zentrales Thema in der biomedizinischen Forschung. Bei der  Entwicklung medizinischer Wirkstoffe ist die Analyse des Zusammenspiels von Proteinen von entscheidender Bedeutung. Wichtige Fragen von Proteinanalytikern sind: Wie stark binden zwei Partner aneinander, wie schnell kommt der Kontakt zustande, und wann trennen sie sich die beiden wieder ? Bei Bindungsstudien kommen Oberflächen-Biosensor-Systeme  zum Einsatz. Gängige Sensoren lassen aber kaum Rückschlüsse auf die Gestalt der Bindungspartner zu. Genau hier setzt die switchSENSE-Technologie an, die von Ulrich Rant entwickelt wurde.

Die Technik basiert auf synthetisch hergestellten DNA-Strängen, die wie winzige Haare auf einer Elektrode gebunden sind. Legt man eine elektrische Wechselspannung an,  werden die negativ geladenen DNA-Stränge abwechselnd von der Oberfläche abgestoßen und wieder angezogen.  Da die  DNA-Stücke mit Farbstoffmolekülen markiert sind, lässt sich die Auf- und Ab-Bewegung sichtbar machen.  In Form eines Biochips eignet sich die schaltbare DNA-Schicht, um molekulare Wechselwirkungen zu messen. Für Protein-Protein-Bindungsanalysen etwa kann der Kopf der DNA-Stränge mit einem Eiweißmolekül verknüpft werden.  Bindet  der passende Molekülpartner daran,  verlangsamt sich die Schaltbewegung des DNA-Fadens auf charakteristische Weise und liefert so den  Forschern einen kinetischen Fingerabdruck. Besonders an dem hochempfindlichen Messverfahren ist, dass man neben dem Bindungsverhalten auch die Größe des bindenden Moleküls ermitteln kann.

Im Rahmen von GO-Bio wollen Rant und sein Team die switchSENSE-Technologie weiterentwickeln und für den Einsatz in der Antikörperforschung optimieren.  Dazu soll ein Prototyp für ein Messgerät entwickelt werden. Aufbauend auf einem breiten Patentportfolio ist im Sommer dieses Jahres die Gründung der Firma „Dynamic Biosensors“ geplant, die Biochips und Messgeräte herstellen und die switchSENSE-Technologie vermarkten soll.