Ein neuer Lab-on-a-Chip schafft rasch Klarheit

ENSCHEDE. Die Wirkung, die toxische Substanzen etwa auf das Hämoglobin im Blut haben, kann jetzt binnen kurzer Zeit getestet werden. Dies ermöglicht ein neuer Lab-on-a-Chip. Floris van den Brink von der University of Twente in Enschede entwickelte für das Vermengen einer Substanz mit dem Protein einen schnellen und effizienten Mischer (Lab on a Chip 2016: 16: 3990-4001).

Weil Fremdkörper wie toxische Substanzen und Medikamente im menschlichen Körper nur eine kurze Lebensdauer haben, ist die Untersuchung ihrer Wirkung schwierig. Eine dringliche Frage wäre aber, was geschieht, wenn schädliche Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) im Blut mit Hämoglobin in Kontakt kommen?

PAK werden unter anderem bei der Verlegung von Asphalt im Straßenbau oder bei Kohlekraftwerken freigesetzt. Mit seinem neuen Lab-on-a-Chip-System ist es van den Brink gelungen, diese schnelle Interaktion zu untersuchen, teilt die mediamixx GmbH mit. Anwendbar ist es auch beim menschlichen Körper.

PAK werden in Metaboliten umgewandelt

Im menschlichen Körper, vor allem in der Leber, findet zunächst eine Umwandlung der Fremdstoffe in Metaboliten statt. Der Chip tut dies auch: Ein winziger elektrochemischer Reaktor produziert PAK-Metaboliten wie Hydroxypyren.

Der nächste Schritt ist das Mischen dieser Metaboliten mit Hämoglobin, um zu erkennen, wie sich die toxischen und hochreaktiven Metaboliten mit dem Hämoglobin verbinden. Mit einer neuen Mischtechnik kann dies sehr schnell geschehen, auch binnen einer Sekunde.

nschließend wird durch die Verwendung des gleichen Mikrolabors untersucht, mit welchen Mitteln das Blut zu entgiften ist. Auf gleiche Weise wird die Wirkung von Medikamenten beobachtet – ohne Labortiere einzusetzen, heißt es in der Mitteilung

Mischen auf solchen Ebenen schwierig

 Das Mischen von Fluiden auf einer Mikro- oder Nanoskala ist problematisch: Sie verhalten sich in den winzigen Flüssigkeitskanälen anders als in einem größeren Maßstab – und mechanisches Rühren ist ebenfalls keine Option.

Van den Brink entwarf daher zwei kreisförmige Mischkammern, bestehend aus winzigen Kanälen, die einen Gradienten aufweisen. Ein Stoff dringt oben, ein weiterer unten ein. Mit Hilfe der Winkeldifferenz kann das Mischen wesentlich beschleunigt werden.

Der gesamte Mischer ist nicht größer als 0,1 Quadratmillimeter. Durch die Verwendung von Massenspektrometrie wird das Ergebnis analysiert. Eine Besonderheit beim Reaktor ist: Durch den Einsatz von Diamantelektroden anstelle von Platin wird die Ausbeute verbessert.

Das Messen der Wirkung von Hydroxypyren-Metaboliten auf Hämoglobin ist nur ein Beispiel der möglichen Anwendungen des neuen Chips. Das System eignet sich ebenso für das Analysieren zahlreicher Wechselwirkungen mit Proteinen, möglicherweise auch bei DNA. (eb)