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07.06.2010

Biametrics: der Spezialist für die markierungsfreie Bioanalyse

Biametrics ist ein Spin-off der Universität Tübingen und hat innovative Entwicklungen zur markierungsfreien Analyse auf eine kommerzielle Plattform gestellt. Detektiert werden Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen. Die Technologie basiert auf der Reflektometrischen Interferenzspektroskopie (RIfS) und kann in kleine, handliche Analysegeräte für den mobilen Einsatz integriert werden.


Die beiden Biametrics-Gründer und Geschäftsführer Dr. Günther Proll und Florian Pröll.  (© Biametrics)

Schnell, robust, preiswert, und das alles bei sehr niedrigen Nachweisgrenzen - das klingt fast zu gut, um wahr zu sein. Und doch bietet die markierungsfreie Analyse von Biametrics genau diese Vorteile. Damit ist sie für den Einsatz in der klinischen Diagnostik ebenso interessant wie für die pharmazeutische Wirkstoffentwicklung und für Sicherheitschecks auf Krankheitserreger, zum Beispiel an Flughäfen. Markierungsfreie Analysen bieten generell den Vorzug, dass die zu untersuchenden Objekte, in diesem Fall Biomoleküle jeglicher Art, nicht durch Marker-Anbindung in ihrer natürlichen Aktivität beeinflusst werden.

Die Grundlagen der Biametrics-Technologie wurden seit Mitte der 90-er Jahre in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Günter Gauglitz an der Uni Tübingen erarbeitet. Hier lernten sich die beiden Unternehmensgründer und heutigen Biametrics-Geschäftsführer kennen: Dr. Günther Proll und Florian Pröll forschten an optischen Biosensorsystemen unter Einsatz der Reflektometrischen Interferenzspektroskopie, abgekürzt RIfS. Pröll erklärt das Prinzip: „Bei Materialien, die sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, wird Licht an Schichtgrenzen teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen. Die reflektierten Strahlen überlagern sich, das heißt, sie interferieren und zwar abhängig von ihrer Wellenlänge. Dadurch ändert sich das reflektierte Muster." Die beiden Biametrics-Chefs nutzen einen Vergleich mit Seifenblasen, um das zu veranschaulichen: Hier führen Interferenzen dazu, dass manche Farbanteile nicht mehr sichtbar sind und sich dadurch die Farbe ändert - die Seifenblase schillert.

Lichtreflexionen im Dienste qualitativer und quantitativer Analysen

Bei den optischen Biosensoren werden lichtdurchlässige Trägermaterialien wie Glas oder Kunststoff eingesetzt. Ihre Oberfläche wird beschichtet, um einen der Partner für die Wechselwirkung zu fixieren. Der andere kann sich frei in einer Probelösung befinden oder an der Oberfläche von Zellen gebunden sein. Kommt es zur Wechselwirkung mit dem an der Oberfläche gebundenen Partner, ändern sich die optischen Eigenschaften der Schicht, was über die RIfS gemessen werden kann. „Wir haben die universitären Entwicklungen zu dieser Methode übernommen, erweitert und um firmeninterne Entwicklungen ergänzt. Seit 2007 verfügen wir dazu auch über ein eigenes Patent-Portfolio“, erklärt Proll.

Viel Entwicklungsarbeit steckt in der patentgeschützten Oberflächenchemie. „Die zentrale Frage war, wie wir den Partner für die Wechselwirkungen so auf dem Träger fixieren können, dass er noch funktionell ist, seinen Interaktionspartner erkennt und mit ihm in Wechselwirkung tritt“, sagt Pröll. „Eine weitere Herausforderung war es, die Oberflächen so zu beschichten, dass keine unspezifischen Artefakte gemessen werden“, ergänzt Proll. Das Verfahren ist mittlerweile so ausgefeilt, dass selbst geringste Molekülkonzentrationen von nur einem Pikogramm pro Quadratmillimeter Trägerfläche detektiert werden können.

Kooperationen sichern den Marktzugang

Für den Vertrieb der innovativen Sensor-Technologie arbeitet Biametrics mit größeren Firmen zusammen, die über einen Marktzugang für den jeweiligen Bereich - zum Beispiel die Diagnostik – verfügen. Proll umreißt das Biametrics-Geschäftsmodell: “Wir verkaufen im Grunde eine Systemlösung, vermarkten Lizenzen unserer Technologie und begleiten die Geräte-Entwicklungen, das heißt, wir arbeiten eng mit Herstellern zusammen, um ihre Produkte für die Anforderungen der Biametrics-Technologie zu spezifizieren. Daneben entwickeln wir weitere neue Applikationen.“

Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche ist für Biametrics zurzeit die Human-. und Tierdiagnostik. An Beispiel der In-vitro-Diagnostik erklärt Pröll die Vorteile des Systems: „Wenn wir die Träger-Oberfläche mit einem Antikörper beschichten und dann eine Blut- oder Serum-Probe auftragen, binden Partnermoleküle, sofern sie vorhanden sind, daran. Diese Bindung können wir sofort qualitativ und quantitativ nachweisen. Dafür ist kein zweiter Antikörper nötig und es müssen keine Wasch-Schritte durchgeführt werden, die bei geringer Affinität der Bindungspartner zu falsch negativen Ergebnissen führen könnten.“ Das direkte Verfahren macht die Messung schnell und spart Kosten für Reagenzien, die sich bei einer automatisierten Anwendung schnell zu großen Summen addieren.

Biametrics macht die Diagnostik schnell und mobil

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 Der Chip für das Biosensor-System wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projekt MoDekt entwickelt – in einer Kooperation der Uni Stuttgart (IPE und ITO) mit IMS-Chips Stuttgart, dem IPTC der Universität Tübingen und dem Universitätsklinikum Tübingen.  (© Biametrics)
Da die RIfS eine zeitaufgelöste Messung ermöglicht, liefert die Methode auch Informationen zur Kinetik der Wechselwirkungen zwischen den Biomolekülen: „Wir erhalten Dissoziations- und Assoziationskonstanten der Antikörper und können darüber ihre Affinität bestimmen. Das ist zum Beispiel bei der Diagnostik von Autoimmunkrankheiten wichtig, hier korreliert die Affinität der Antikörper stark mit dem Krankheitsbild“, erklärt Proll. Auch für die Entwicklung therapeutischer Antikörper sind die Daten wichtig und generell für die Entwicklung biopharmazeutischer Wirkstoffe. Proll nennt als Beispiel komplexe Wirkstoff-Proteine und -Peptide: Die Kinetik verrät, wie schnell, wie häufig und wie stark sie an den Wirkort binden, „darüber wird auch die Halbwertszeit von Medikamenten definiert“, so Proll.

Die Schnelligkeit könnte der Biametrics-Technologie auch bei nichtklinischen Anwendungen zum Durchbruch verhelfen. Seit sich Krankheitserreger in kürzester Zeit in der ganzen Welt ausbreiten können – Grippeviren sind nur ein Beispiel – ist die „Homeland Security“ ein Markt für die Bioanalyse. „Interessant wäre ein Assay, mit dem Passagiere an Flughäfen innerhalb kürzester Zeit auf Viruspartikel untersucht werden könnten. Im Moment ist unser Ansatz, dass solche Tests mithilfe der Biametrics-Technologie in weniger als fünf Minuten durchgeführt werden können“, erklärt Pröll.
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leh - 07.06.2010
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Weitere Informationen:

Biametrics Marken und Rechte GmbH
Dr. Günther Proll
Florian Pröll
Auf der Morgenstelle 18
72076 Tübingen
Tel.: 07071 29-73048
E-Mail: mail(at)biametrics.com

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