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    Das Labor auf einem einzelnen Chip

    17. Juni 2011, 12:08
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    Mit dem „Lab on a chip" beschleunigt und vereinfacht IBM die künftige Blutanalyse und setzt damit einen nächsten Schritt in Richtung Smarter Healthcare

    Das erste Laufwerk der Plattenspeicherenergie kam von IBM, hatte eine Kapazität von 10 Megabyte und wog stattliche 10 Tonnen. Würde man heute einen durchschnittlichen Laptop mit dieser Technologie ausrüsten, würde er 250.000 Tonnen wiegen. Ein ähnlich skurriles Bild zeichnet sich bei den Computerhauptspeichern ab, die ebenfalls IBM erfunden hat: Um die Datenmenge eines heute handelsüblichen USB-Sticks darauf speichern zu können, bräuchte man 8 Millionen dieser ursprünglichen Speicher. Nicht nur die Erfindungen der Speicher geht auf IBM zurück, sondern auch die darauffolgende Miniaturisierung der Technologie.

    Quasi als Nebenprodukt dieser Mikro- und Nanotechnologie, an der IBM arbeitet, ist nun ein Chip entstanden, der den Gesundheitsbereich in Zukunft verändern wird: der „Lab on a chip". „Wir haben uns überlegt, dass es wichtig wäre, wenn man menschliche Flüssigkeiten wie etwa Blut oder dessen Serum schneller und einfacher analysieren könnte als in einem Labor", erklärt Helmut Ludwar, Chief Technologist bei IBM. „Darum haben wir quasi im Vorbeigehen einen Chip entwickelt, der so groß wie das Glasplättchen eines Objektträgers ist. Auf diesen trägt man einen Tropfen Blut auf, der dann mithilfe der Kapillarkräfte durch den Chip gesaugt wird. IBM musste einiges an Know-how in diese Entwicklung stecken, weil wir eine konstante Durchflussgeschwindigkeit garantieren und gleichzeitig verhindern müssen, dass Luftblasen in das System kommen."

    Schneller als jedes Labor

    Die Flüssigkeit wird durch die Kapillarwirkung in eine Reaktionskammer gesaugt, in der sich fluoreszierend markierte Antikörper befinden, deren Reaktion mit einer Kamera ausgelesen werden kann. „Medizinische Labors haben die Nachteile, sehr groß zu sein und lange für eine Analyse zu brauchen. Von der Blutabnahme bis zum Ergebnis vergehen oft Stunden. Mit dem Pen, in den unser Chip integriert ist, kann man die Analyse vor Ort und innerhalb einer Viertelstunde machen. Nehmen wir an, ein Patient kommt ins Krankenhaus und klagt über Schmerzen in der Brust. Mit dem Pen wüsste man in wenigen Minuten, ob die Schmerzen von einer Entzündung oder einer Verkalkung herrühren. Müsste man erst eine Blutprobe ins Labor schicken, vergehen leicht eineinhalb Stunden, bis man mit der Therapie beginnen kann", erklärt Helmut Ludwar, „Zudem eignet sich diese Technologie hervorragend bei frühgeborenen Säuglingen, weil ein Stich in die Ferse reicht und man nicht viel Blut entnehmen muss."

    Weitergedacht eignet sich der Pen besonders zur Akut-Analyse nach Unfällen. „Bis der Patient im Krankenhaus ist, sind die erhobenen Daten schon elektronisch übertragen, und man spart so viel Zeit", verspricht Helmut Ludwar.

    Multiple Analysen

    Der Chip funktioniert bereits unter Laborbedingungen, bis zur Serienreife müssen aber noch klinische Tests gemacht werden, und IBM arbeitet noch an einzelnen Details, die eine Massenfertigung günstiger machen sollen. „Wenn wir mehrere Analysen gleichzeitig in einem Pen ablaufen lassen, können wir die Analysekosten deutlich senken", gibt Helmut Ludwar zu bedenken, weiß aber auch, „dass die Herausforderung darin besteht, die richtigen Kombinationen an Analysen auf einem Chip zu integrieren, um sinnvoll arbeiten zu können." Einfach sei die Sache etwa, wenn es um Infektionskrankheiten wie Grippe gehe, denn da prüfe man einfach auf mehrere Stämme. Bei anderen Krankheiten ist die Kombination der Analyten weitaus komplizierter.

    IBM denkt nicht an, dass Patienten selbst mit dem „Lab on a chip" arbeiten, „denn es braucht einen Mediziner, um die erhaltenen Daten auszuwerten und darauf basierend die entsprechende Behandlung zu erarbeiten", erklärt Helmut Ludwar, dennoch ist das „Lab on a chip" ein weiterer wichtiger Schritt im Thema Smarter Healtcare und in weiterer Folge des Ambient Assisted Living.

    Hilfe für chronisch Kranke

    „In der Unterstützung von chronisch kranken Menschen, wie zum Beispiel Diabetikern, sind wir schon sehr weit", lässt sich Helmut Ludwar in die Karten blicken. Dabei werden die Blutwerte automatisch in ein elektronisches Tagebuch übertragen, wo sie ein Arzt einsehen und den Werten entsprechende Schritte folgen lassen kann. „Dabei sind vor allem die Themen Sicherheit und Privatsphäre von entscheidender Bedeutung. Wir müssen sichergehen, dass die Datenübertragung nicht manipuliert oder abgefangen werden kann. Jeder Patient kann dann selbst darüber bestimmen, welcher Arzt auf dem Portal dann zu welchen Daten zugreifen kann. „Vorteil dieser Unterstützung ist, dass die Menschen zuhause ihr normales Leben führen können, aber trotzdem von einem Arzt betreut werden und so länger gesund bleiben", sagt Helmut Ludwar.

    Einen weiteren Schritt in die Gesundheitsvorsorge der Zukunft hat nun Watson gemacht, der Supercomputer von IBM, der bei der US-amerikanischen Quizshow Jeopardy gegen seine menschlichen Mitspieler gewonnen hat. „Eine Gameshow zu gewinnen, ist natürlich nur ein Showcase", erklärt Helmut Ludwar, „Was wir zeigen wollten war, dass wir einen Computer mit einem selbstlernenden System haben, mit dem man in natürlicher Sprache reden kann, der den Inhalt analysiert und dann richtige Antworten gibt. Die praktische Anwendung dieses Supercomputers sehen wir gerade im Deutschen Krebsforschungszentrum, wo die Erbinformation von Tumoren sequenziert und die Daten analysiert werden. Anhand der Therapie und des Krankheitsverlaufs kann man dann herausfinden, wo die Schlüsselstellen sind, die in bestimmten Situationen den Heilungserfolg ausmachen. Dafür müssen wir aber in der Lage sein, immense Datenmengen zu analysieren und vernünftig weiterzuverarbeiten. Dass wir das können, hat Watson nun bewiesen."

    Information:

    IBM

    • Helmut Ludwar, Chief Technologist bei IBM stellt das "Lab on a chip" vor, das die Analysemethoden im Gesundheitsbereich beschleunigen.
      foto: eva tinsobin derstandard.at

      Helmut Ludwar, Chief Technologist bei IBM stellt das "Lab on a chip" vor, das die Analysemethoden im Gesundheitsbereich beschleunigen.

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