Augsburg Der Mann hat Visionen. Dr. Thomas Franke, Biophysiker an der Universität
Wenn Franke über Mikrofluidik (Physik kleinster Flüssigkeitsmengen), eine relativ neue wissenschaftliche Disziplin, berichtet, sieht er ungeahnte Chancen für medizinischen Fortschritt. Immer mehr Forscherteams arbeiten auf diesem Gebiet in die unterschiedlichsten Richtungen. Der gebürtige Essener vergleicht die Situation mit der Entwicklung der Unterhaltungselektronik in den vergangenen Jahrzehnten: „Heute stehen wir etwa auf dem Niveau des Transistorradios. Ziel ist das iPhone.“
Dabei ist Franke mit seiner Arbeit zuletzt erfolgreich gewesen. Sie brachte zwar noch keine neuen künstlichen Organe als Ergebnis, aber es entstand ein daumennagel- kleiner Chip, der in der Zelldiagnose „Maßstäbe setzen“ soll.
Zusammen mit seiner Juniorforschergruppe und Wissenschaftlern der US-Universität Harvard entwickelte der 42-Jährige in den vergangenen Jahren einen Mikrochip zum Sortieren von Zellen und anderen kleinsten Bausteinen des Lebens. Die Wissenschaftler entwickelten dabei eine spezielle Technik, die sozusagen das Aschenputtel-Prinzip kopiert: Die Guten kommen ins Töpfchen, die Schlechten ins Kröpfchen, lautet das kurz zusammengefasst. Dabei lassen sich nach Angaben des Biophysikers mittels Schallwellen, sogenannten Nano-Erdbeben, die Zellen (z.B. des Blutes, wie rote und weiße Blutkörperchen, Krebszellen oder Bakterien und Viren) auf dem Chip mit höchster Geschwindigkeit sortieren. „Das klingt einfach, doch ist dazu absolute Präzision notwendig“, betont Franke. Zellen seien nicht nur1000-malkleiner als die Erbsen im Märchen, die Forscher könnten sie auch 1000-mal schneller sortieren als die Tauben bei den Gebrüdern Grimm, präzise 10000 Zellen pro Sekunde. Erstmals veröffentlicht wurde die Entwicklung im Fachblatt Lab on a chip.
Der Biophysiker stellt bei einem Rundgang durchs Haus einen Prototyp in einem der Labors vor. Alles wirkt noch ein wenig improvisiert, aber wenn Franke in dem kleinen Raum im Dunkeln die Technik vorführt, ist das für den Zuschauer auch faszinierend – insbesondere die Vorstellung, was auf dieser Minifläche alles möglich ist. Dahinter steckt modernste Technik. Der Wissenschaftler, der seit 2005 in Augsburg arbeitet, beschreibt die Funktionsweise des Chips so: „Die kontrollierte Nutzbarmachung von Schallwellen, wie sie in herkömmlichen Lautsprechern entstehen, lässt sich gezielt dazu verwenden, Flüssigkeiten in Bewegung zu setzen und so einzelne Teile auszusortieren.“
Die Zellen durchliefen dabei eine nach der anderen zunächst einen kleinen künstlichen Flüssigkeitskanal, ähnlich wie in Blutgefäßen. Mithilfe eines Lasers, der auf diesen Kanal ausgerichtet ist, könne der Zustand und die Beschaffenheit der Zellen abgefragt werden und dann innerhalb weniger Millionstelsekunden das Sortiersignal an einen Mikro-Lautsprecher ausgegeben werden. So gelingt es, die Zelle gewissermaßen – je nach Beschaffenheit – ins „Töpfchen“ oder „Kröpfchen“ zu leiten.
Diese Technik lässt sich nach Auskunft des Forschers zur systematischen Auslese von bestimmten Zellen, beispielsweise von krankhaft veränderten Zellen und Krebszellen benutzen. „Es gelang uns bereits, hochgradig Metastasen bildende Zellen von Melanomen aus dem Blut zu sortieren, um auf diese Weise eine weitere Metastasenbildung des Krebsherdes (Primärtumors) zu verhindern“, sagt Franke. So lasse sich im Prinzip von allen Tumorsorten die DNA, also die Trägerin der Erbinformation, herausfinden. Dies sei bislang in dieser Art noch nicht möglich. Auch der Krebsherd lasse sich mit der neuen Analyse schneller als bislang möglich einkreisen.
Die Technik hat Franke zufolge außerdem potenzielle Einsatzmöglichkeiten in der Pränatal-Diagnostik. Hier könne man Rückschlüsse auf eventuelle Krankheiten des ungeborenen Kindes ziehen, indem man einzelne Kindeszellen aus dem Blut der Mutter isoliere, um sie anschließend zu analysieren. Bislang ist dazu eine Biopsie nötig, also eine Gewebeentnahme beim Kind.
Entwickelt wurde der Zellsortierer mithilfe der US-Universität Harvard. „Wir haben in Augsburg Kompetenz in der Mikrofluidik und biologischen Physik, die Amerikaner brachten uns auf die Idee, unsere Expertise stärker für diagnostische und medizinische Zwecke nutzbar zu machen“, sagt Franke. Zusammen mit Harvard wird die Gründung eines Unternehmens vorbereitet, das sich der Herstellung des Sortierers annehmen soll. Im kommenden Jahr, hofft Franke, soll er bereits auf den Markt kommen.