Schleicht sich der Verdacht auf eine Alzheimer-Erkrankung ein, müssen sich die Betroffenen auf langwierige und aufwendige Prozeduren einstellen, bis der Fall klar ist. Ein Team der Empa und des Kantonsspital St. Gallen ist nun dabei, einen Bluttest zu entwickeln, der die Diagnose mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermöglichen soll.
Rasterkraftmikroskopie im Dienst der Alzheimer-Diagnostik
Dafür will Empa-Forscher Peter Nirmalraj Proteine in nie gekannter Präzision ablichten – und damit Einblicke in das molekulare Krankheitsgeschehen von Alzheimer gewinnen. Dies soll den Weg zu einer früheren und vereinfachten Diagnose der Demenzerkrankung über einen Bluttest ermöglichen. Eine erfolgreiche Pilotstudie ist bereits abgeschlossen.
Am Anfang stand für den Physiker Nirmalraj der Wunsch, das Krankheitsgeschehen bei Alzheimer zu verstehen, um neue Wege in Diagnostik und Therapie zu ermöglichen. Einen Schritt weiter wäre man, wenn die genaue Rolle der Beta-Amyloid-Peptide und der Tau-Proteine, die im Zusammenhang mit der neurodegenerativen Krankheit stehen, entschlüsselt wäre.
Auf die Struktur der Eiweiße kommt es an
Nirmalraj hatte sich daher vorgenommen, nicht nur die bloße Anwesenheit der verdächtigen Eiweiße zu registrieren, sondern auch ihre veränderbare Gestalt und Form sowie ihre Anzahl zu bestimmen. Mit gängigen Methoden lässt sich zwar die Gesamtmenge der beiden Eiweiße in Körperflüssigkeiten zu bestimmen. Allerdings erlauben es diese Techniken nicht, Unterschiede in der Gestalt und dem Zustand der Proteinansammlungen sichtbar zu machen. Der Forscher arbeitet darum an Technologien, die Beobachtungen im Nanometerbereich ermöglichen und dennoch die Struktur und Morphologie der Eiweiße im Blut nicht zerstören.
Gemeinsam mit Neurologen am Kantonsspital St. Gallen konnte Nirmalraj nun eine erste Studie erfolgreich abschließen. Für die Pilotstudie untersuchte er Blutproben von 50 Patientinnen und Patienten und 16 gesunden Versuchspersonen. Mittels Rasterkraftmikroskopie, genauer der AFM-Technologie, analysierte der Empa-Forscher hierzu die Oberfläche von rund 1000 rote Blutkörperchen pro Person, ohne Informationen über deren Gesundheitszustand zu kennen. „Nur so konnte garantiert werden, dass die Interpretation der Daten objektiv blieb“, sagt Nirmalraj.
Ein Muster ist die Basis für die neue Diagnostik
Der Empa-Forscher vermaß Größe, Struktur und Beschaffenheit von Protein-Ansammlungen, die sich auf den Blutkörperchen befanden. Nach Tausenden von roten Blutkörperchen erwartete das Team gespannt den Abgleich der Ergebnisse aus Nirmalraj‘s Zählungen mit den klinischen Daten der Neurologen.
Und tatsächlich: Es gab ein Muster, das zum Krankheitsstadium der Versuchspersonen passte. Menschen, die an Alzheimer erkrankt waren, wiesen große Mengen von Proteinfasern aus Beta-Amyloid-Peptiden und Tau-Proteinen auf. Dabei konnten sich die Proteine zu Fasern von mehreren hundert Nanometern Länge zusammenfügen. Bei gesunden Personen oder jenen mit beginnenden Hirnleistungsstörungen zählte Nirmalraj hingegen lediglich wenige Fasern.
Bluttest auf Alzheimer soll Diagnose durch Punktion ersetzen
Damit sei die Machbarkeit einer Blutanalyse mittels AFM-Technologie erwiesen, freut sich der Empa-Forscher: „Sollte sich mit dieser Methode ein zuverlässiger Bluttest entwickeln lassen, bliebe Menschen mit Verdacht auf Alzheimer die unangenehme Punktion des Rückenmarkkanals erspart, um die Krankheit eindeutig diagnostizieren zu können.“
Bis ein einfacher Bluttest im Spital zur Verfügung steht, ist es allerdings noch ein weiter Weg. Als nächstes möchte das Team nun die Daten durch die Untersuchung einer größeren Zahl an Versuchspersonen in verschiedenen Krankheitsstadien mittels AFM und chemischen Analysen erhärten.
Kontakt zu den Forschern:
Dr. Peter Nirmalraj,
Empa Transport at Nanoscale Interfaces
E-Mail: peter.nirmalraj@empa.ch
Dr. Ansgar Felbecker, Kantonsspital St. Gallen
Klinik für Neurologie
Tel. +41 71 494 11 11
E-Mail: ansgar.felbecker@kssg.ch
