Los Angeles/Jena - Ein computergesteuerter Mikrochip könnte zu einer Revolution in der medizinisch-chemischen Forschung führen und Kolben, Heizelemente oder Reagenzgläser künftig unnötig machen. Das berichten Chemiker, Biologen und Ingenieure der University of California in Los Angeles in der Zeitschrift "Lab on a Chip". Sie einen Mikrochip in Briefmarkengröße entwickelt, der es ermöglicht, mehrere tausend chemische Reaktionen parallel durchzuführen und die entstandenen Reaktionsprodukte auf ihre pharmazeutische Wirksamkeit zu untersuchen.

Die Wissenschaftler berichten, dass durch diese Entwicklung viele biologische und medizinische Forschungsaufgaben effizienter und schneller durchgeführt werden können. Ein erstes Einsatzgebiet soll die beschleunigte Erforschung von Krankheiten und Wirkstoffen sein.

Entwicklung

Kernstück des von den amerikanischen Wissenschaftlern entwickelten Mikrochips ist eine umfangreiche Kollektion winziger Mengen von Chemikalienproben, die im Chip nach einem vorgegebenen Verfahrensprotokoll miteinander zur Reaktion gebracht werden können. Auf diese Weise können derzeit 1.024 verschiedene Wirkstoffkandidaten gleichzeitig hergestellt und getestet werden. In einem Testsystem gelang die Identifizierung wirksamer Inhibitoren für ein Karboanhydrase-Enzym binnen weniger Stunden.

Gesteuert wird der Chip durch einen angeschlossenen Computer, den Nachweis der Reaktionen lieferte im Experiment ein Massenspektrometer. Grundlage der Entwicklung ist die sogenannte Mikrofluidik, bei der mikroskopisch kleine Mengen an Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum bewegt, gemischt, getrennt oder anderweitig behandelt werden. Bei den chemischen Reaktionen greift man auf die Technik der "Click-Chemie" zurück, die Zielmoleküle aus kleineren Einheiten synthetisiert und dies auf schnellere und zielgerichtetere Weise vollbringt als dies in der Natur geschieht. Eingesetzt wird dieser Prozess oft für die Identifizierung von Molekülen, welche als Wirkstoffkandidaten nach Abschluss der klinischen Untersuchungen in Medikamenten eingesetzt werden können.

Vorteile

"Teure Enzymmoleküle, die man früher für eine kleine Click-Reaktion in einem Labor brauchte, können nun in hunderte Duplikate aufgeteilt werden, um eine Vielzahl paralleler Reaktionen zu ermöglichen", erklärt der Leiter der Forschergruppe, Hsian-Rong Tseng. Die Tatsache, dass weniger Reagenzien verbraucht werden und die Suche nach Kandidaten für Medikamentenwirkstoffe beschleunigt wird, käme der Revolution der Laborarbeit gleich. Kym F. Faull, ebenfalls an der Forschung beteiligter Direktor des UCLA-Massenspektrometerlabors, sieht in der Entwicklung die Chance finanzieller Einsparungen. "Das System erlaubt den Forschen nicht nur das schnellere Testen von Inhaltsstoffen, sondern verbraucht auch nur kleinste Mengen an Material. Das reduziert Wartezeiten im Labor und Kostenerheblich." (pte/red)