Neuartiger Biosensor für enterische Pathogene

Dem Darmepithel kommt eine wichtige Barrierefunktion gegen Infektionen zu. Es besteht aus einer einzigen Schicht von Zellen, die Magen und Darm auskleidet. Damit können Giftstoffe und Krankheitserregern nicht ungehindert vordringen und doch lebenswichtige Nährstoffe vom Körper aufgenommen werden. Bestimmte Pathogene sind jedoch in der Lage, die Epithelbarriere des Darms zu durchdringen und dadurch die Wasserabsorption zu stören, sodass es zur Durchfallerkrankung kommt.

Um die Detektion von Darmpathogenen zu verbessern, entwickelte das EU-finanzierte Projekt CELLTOX (Integration of living cells with organic transistors for the rapid detection of toxins and enteric pathogens) einen neuartigen Biosensor. Für den innovativen Detektor werden lebende Epithelzellen auf einem organischen elektrochemischen Transistor (OECT) kultiviert.

Dabei machten sich die Partner die Fähigkeit organo-elektronischer Materialien zunutze, sowohl elektronische als auch ionische Träger zu leiten. Im Verlauf des Projekts demonstrierten die Forscher, dass es möglich ist, humane epitheliale Zellschichten mit OECT zu integrieren und damit die Integrität der Barrierefunktion im Gewebe zu bewerten. Werden die Zellen von einem enterischen Pathogen angegriffen, wird die Monoschicht zerstört und die Ionen wandern in das Polymer, um den Transistor in den Sperrzustand umzuschalten.

Verglichen mit herkömmlichen Diagnoseverfahren zeichnet sich der CELLTOX-Detektor durch deutlich höhere Sensitivität für eine Vielzahl von Toxinen und Krankheitserregern aus (u.a. das Nahrungspathogen Salmonella typhimurium). Über Tests mit Milch wurde die Machbarkeit und Zuverlässigkeit der Diagnostik für Nahrungsmittel und Sicherheitsanwendungen demonstriert.

Die kostengünstige Herstellung der OECT garantiert transportable und preiswerte Sensoren für die Hochdurchsatzanalyse von Proben. Trotz Beendigung des Projekts arbeitet das Konsortium derzeit an einem Prototypen, der dieses Prinzip demonstrieren wird.

Insgesamt stellt CELLTOX mit seiner Entwicklung einen hochempfindlichen, dynamischen Sensor für die In-vitro-Diagnostik von Krankheitserregern und Giftstoffen vor. Außerdem kann das Design an mehrere diagnostische Anwendungen angepasst werden wie auch an den Einsatz in Landwirtschaft und Umweltschutz.