16.12.2021 - The University of Sydney

Verdorbene Orangen bringen Licht ins Dunkel bösartiger Zellen

Biomedizinisches Gerät besteht den Lackmustest

Ein Doktorand der University of Sydney entwickelt eine biomedizinische Sonde zur Erkennung von Krebs und schweren Krankheiten, die aus dem Saft verdorbener Orangen hergestellt werden kann.

Der so genannte Nanobiosensor - eine winzige Sonde, die mit Hilfe von Fluoreszenz den pH-Wert von Zellen in Form ihres Säure- oder Basengehalts anzeigt - erkennt, ob Zellen gefährdet sind oder sich im Frühstadium von Krebs oder anderen schweren Krankheiten befinden.

Wenn menschliche Zellen saurer werden, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass Krebs nicht mehr weit entfernt ist.

Der Nanobiosensor, der nur ein Milliardstel Meter misst, besteht aus fluoreszierenden Kohlenstoffpunkten, die aus Lebensmittelabfällen hergestellt werden können, in diesem Fall aus dem Saft verfaulter Orangen. Die "faulen" Orangen wurden wegen ihres hohen Gehalts an Ascorbinsäure verwendet, die die Funktionalität des Nanobiosensors verbessert, und um die Menge der zu deponierenden Lebensmittelabfälle zu verringern.

Bei dem im Chemical Engineering Journal veröffentlichten Verfahren wird eine Gewebebiopsie von Zellen entnommen, die im Verdacht stehen, krebsartig zu sein, und in eine Petrischale gegeben. Mit einer Laborpipette wird der Nanobiosensor dann auf die Zellen aufgetragen, die dann unter einem Fluoreszenzmikroskop untersucht werden - einer Art Mikroskop, das subtile Lichtschwankungen anzeigt.

"Dramatische Schwankungen des Säuregehalts von Zellen können zu unangemessenen Zellfunktionen, Wachstum und Teilung führen und schwerwiegende Krankheiten hervorrufen", so der leitende Forscher und Doktorand der Biomedizintechnik, Pooria Lesani.

"Wir haben einen empfindlichen und kostengünstigen Nanobiosensor entwickelt, mit dem sich der Säuregrad von Zellen in Echtzeit messen lässt", so Lesani, der auch dem Sydney Nano Institute angehört.

"Dieser Nanobiosensor kann uns auch dabei helfen, besser zu verstehen, wie diese Krankheiten entstehen", so Lesani. Seine Forschungen werden unter der Leitung von Professor Hala Zreiqat AM, Direktorin des ARC Centre for Innovative BioEngineering und Leiterin der Abteilung Biomaterialien und Tissue Engineering, durchgeführt.

"Viele Krankheiten entwickeln sich über viele Jahre - und sogar Jahrzehnte - bevor eine Person auch nur die geringsten Symptome zeigt. Bei vielen Krankheiten, wie z. B. Alzheimer, ist es zu spät, sie zu behandeln, wenn die Symptome erst einmal da sind", so Lesani.

"Unser Gerät ermöglicht eine genauere Krankheitsdiagnose vor dem Auftreten von Symptomen sowie die frühzeitige Erkennung von schweren Krankheiten, die mit pH-Schwankungen einhergehen.

"Wir hoffen, dass dies zu einer frühzeitigen Behandlung und Vorbeugung von schweren Krankheiten führen kann. Die derzeitigen Testmethoden können komplex, teuer und zeitaufwändig sein, während unser Nanobiosensor leicht in großem Maßstab und zu geringen Kosten hergestellt werden kann".

Von der faulen Orange zum Nanobiosensor

Manche stellen Alkohol aus verdorbenem Orangensaft her, während andere, wie Herr Lesani, Nanobiosensoren produzieren.

"Der Prozess zur Herstellung dieser Kohlenstoffpunkte für den Nanobiosensor ist vergleichbar mit der Zubereitung einer Mahlzeit in einem Schnellkochtopf", sagte er.

"Wir geben alle Zutaten - in diesem Fall ranzigen Orangensaft und etwas Wasser - in einen Reaktor, der einem Schnellkochtopf ähnelt, schließen den Deckel fest und stellen ihn in einen auf etwa 200 °C erhitzten wissenschaftlichen Ofen.

"Durch die erhöhte Temperatur und den Druck im Reaktor wird die ursprüngliche Molekularstruktur der Zutaten aufgebrochen, so dass sich ein neues Material bildet: Kohlenstoffpunkte. Diese Punkte werden dann für den Aufbau des Nanobiosensors verwendet.

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