Hybrid-Biosensor aus Zellen und Transistor geht auf Wirkstoffsuche

Ein deutsches Forscherteam präsentiert einen Biosensor, der für die Suche nach neuen Arzneien Informationen von lebenden Zellen direkt an einen Siliziumchip weiterleitet.

Martinsried - Vor etwa sieben Jahren verknüpfte das Team um Peter Fromherz vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried eine lebende Leberzelle mit einem elektronischen Schaltkreis. Die Nachricht vom Mensch-Maschine-Hybrid ging darauf um die Welt, eine Zukunft der Cyborgs wurde von vielen Medien prognostiziert. Die gleiche Arbeitsgruppe stellt nun den neuen Biosensor vor.

"Mit dieser Kopplung eines liganden-gesteuerten Ionenkanals an einen Transistor auf der Ebene einzelner Zellen haben wir die Basis für eine Rezeptor-Zell-Transistor-Biosensorik gelegt", sagt Fromherz. Wie er in der Zeitschrift "Angewandte Chemie" beschreibt, konnten sie den natürlichen Ionenstrom durch eine Zellmembran direkt mit einem verknüpften elektronischen Schaltkreis auslesen. Der Vorteil: Die Zelle wird bei dieser Messung nicht geschädigt, wie es bei bisherigen Messmethoden mit winzigen Elektroden in der Zelle oft geschieht.

In der Membran der lebenden Zelle konzentrierten sich die Forscher auf die Serotonin-Rezeptoren. Werden diese von Wirkstoffen geblockt, können die Übelkeit bei der Chemotherapie unterdrückt und Reizdarmbeschwerden behandelt werden. Fromherz ließ nun eine Reihe solcher Zellen auf Transistor-Schaltelementen aufwachsen. Über den elektrischen Kontakt kann der Ionenstrom durch die Zellmembranen gemessen werden. Wird nun Serotonin appliziert, öffnen sich die Ionenkanäle. Ein Ionenstrom fließt entlang eines engen Spaltes zwischen Zelle und Chip in die Zelle. Das beobachtete Signal der Transistorspannung ist dem Membranstrom proportional.

Dieser Hybrid-Biosensor kann nun schnell die Wirkung von Serotonin-Blockern über ein verändertes Spannungssignal erkennen. Mit dieser Methode sollen geeignete Wirkstoffe deutlich schneller gefunden werden können als mit bisher verfügbaren Biosensoren. Bis zu einem Einsatz in der Pharmaindustrie wird allerdings noch etwas Zeit vergehen. "Am aussichtsreichsten scheint eine statistische Auswertung vieler Zellen auf einem großen Array dicht gepackter Transistoren, wie es durch CMOS-Technologie hergestellt werden kann", so die Forscher.

Als Kurator von Welt-der-Physik betreut Prof. Fromherz übrigens u.a. diie "Welt des Lebens" bei www.weltderphysik.de.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/leben/news/2007/hybrid-biosensor-aus-zellen-und-transistor-geht-auf-wirkstoffsuche/