Proteine weich gebettet

Mehrere Tausend Testfelder sitzen dicht nebeneinander auf kleinster Fläche – etwa auf Biochips. Sie ermöglichen schnelle Analysen von Stoffen, etwa Diagnosen von Allergenen im Blut. Für DNA-Tests sind diese Biochips bereits recht weit verbreitet.

Bei Proteinen – den Eiweißen, die nach der DNA-Bauanleitung zusammengebaut werden – ist es jedoch meist schwierig, solche Chips herzustellen. Denn die Proteine haben eine definierte dreidimensionale Struktur, über die sie mit anderen Molekülen wechselwirken und so biologische Vorgänge steuern. Binden sie an eine Oberfläche, etwa der eines Biochips, wird diese Struktur zerstört. Das Protein kann seine Aufgabe nicht mehr erfüllen.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm haben dieses Problem nun gelöst. »Wir haben ein Gel – ein Netzwerk aus organischen Molekülen – entwickelt, das wir auf die Oberfläche des Biochips aufbringen können«, sagt Dr. Andreas Holländer, Gruppenleiter am IAP. »Diese Gelschicht ist nur etwa 100 bis 500 Nanometer dick und besteht zum größten Teil aus Wasser. So gaukeln wir dem Protein vor, dass es sich in Lösung befindet, auch wenn es chemisch am Netzwerk angebunden ist. Es fühlt sich quasi wie in seiner natürlichen Umgebung – seine Funktionsfähigkeit bleibt auf dem Biochip erhalten.« Auch andere Forschergruppen arbeiten an solchen Hydrogelen.

Das Besondere an dem neuen Herstellungsverfahren: Es ist industrietauglich, die Gelschichten lassen sich im großen Maßstab kostengünstig produzieren. Üblicherweise gibt es zwei Ansätze, solche Netzwerke herzustellen. Bei dem ersten bindet man komplette Polymere chemisch an die Oberfläche. Bei dem zweiten Verfahren baut man die Polymermoleküle Baustein für Baustein auf die Oberfläche. »Unser Verfahren ist eine Mischung zwischen den beiden bekannten. Wir verwenden größere molekulare Bausteine und bauen damit das Netzwerk auf der Oberfläche auf«, erklärt Falko Pippig, der seine Promotion am IAP über dieses Thema schreibt.

Da die Hydrogelschichten sehr dünn sind, kommen von außen zugegebene Stoffe schnell zum Protein, das sich in und auf dieser Schicht befindet. Beispielsweise können Mediziner Blut oder Urin auf den Chip geben und Krankheiten diagnostizieren. Die Verfahrensgrundlagen haben die Forscher bereits entwickelt. Proteinbiochips könnten so künftig alltäglich werden in den Laboren – die Zahl der möglichen Anwendungen übersteigt die der DNA-Chips bei weitem.