Die medizinische Diagnose könnte demokratischer werden als je zuvor. Ein DNA-Sensor, der von Forschern der MIT Kann Krebs und HIV mit der gleichen Präzision wie modernste Labore erkennen, aber zu einem Bruchteil der Kosten. Wie funktioniert es? Ein mit DNA beschichteter Goldstreifen reagiert auf Krankheiten, indem er seine elektrischen Eigenschaften verändert. Und das alles in fünf Minuten, ohne Kühlschrank oder Fachpersonal. Müssen wir heute tagelang auf Testergebnisse warten, gibt uns dieser DNA-Sensor die Kontrolle über unsere Gesundheit zurück – in Echtzeit, wo immer wir sind. Er kann unsere Zukunft entscheidend verändern.
Ein DNA-Sensor, der weniger kostet als ein Kaffee
Das neue elektrochemische Gerät, das vom Team von Ariel Fürst am MIT ist ein Durchbruch in der Point-of-Care-Diagnostik. Bei Produktionskosten von nur 50 Cent, Dieser DNA-Sensor verwendet eine auf Kunststoff laminierte Elektrode aus Blattgold, wobei die DNA über ein schwefelbasiertes Molekül namens ThiolDie Technologie basiert auf einem sehr effektiven Prinzip: Trifft das Cas12-Enzym der CRISPR-Familie auf das spezifische Ziel, wird es aktiviert und beginnt, die umgebende DNA auf der Elektrode zu „zerhacken“. Wie Professor Furst in dem Artikel erklärt in der Zeitschrift veröffentlicht ACS-Sensoren: „Wenn Cas12 aktiv ist, ist es, als würde ein Rasenmäher die gesamte DNA auf Ihrer Elektrode abschneiden und das Signal abschalten.“ Diese Änderung des elektrischen Signals wird von einem tragbaren Gerät namens Potentiostat gelesen und bestätigt das Vorhandensein des Zielgens.
Die eigentliche Innovation liegt in der Art und Weise, wie der DNA-Sensor auf molekularer Ebene „denkt“. Das System nutzt eine programmierbare Leit-RNA, die mit dem Enzym Cas12 verknüpft ist. Diese kann so gestaltet werden, dass sie an nahezu jede DNA- oder RNA-Sequenz bindet. Ist das Zielmolekül vorhanden, bindet es an die Leit-RNA und aktiviert Cas12, das daraufhin die an der Elektrode befestigte DNA unspezifisch „schneidet“. In früheren Versionen musste die DNA aufgrund ihrer geringen Stabilität erst kurz vor Gebrauch auf die Elektrode aufgetragen werden. Die Forscher lösten dieses entscheidende Problem, indem sie die DNA mit Polyvinylalkohol (PVA) beschichteten, einem Polymer, das pro Beschichtung weniger als einen Cent kostet und wie eine Schutzfolie wirkt.

Stabilität, die für den DNA-Sensor alles verändert
Die wichtigste Entdeckung betrifft die Haltbarkeit des Geräts. Die Polymerbeschichtung hält die DNA mindestens zwei Monate stabil, temperaturbeständig bis 65°C. Nach der Lagerung wird der Film gespült und der DNA-Sensor kann PCA3, ein im Urin vorhandenes Prostatakrebsgen, immer noch erfolgreich erkennen.
„Nach dem Trocknen scheint es eine sehr starke Barriere gegen die wichtigsten Substanzen zu bilden, die DNA schädigen können“, betont Furst. Diese Stabilität macht eine Kühlung überflüssig und ermöglicht den weltweiten Versand der Sensoren. ebnet den Weg für diagnostische Tests in rauen oder nicht idealen Umgebungen.
Praktische Anwendungen
Der Test funktioniert mit verschiedenen Probenarten, darunter Speichel und Nasenabstriche, und kann für die kostengünstige Erkennung von Infektionskrankheiten wie HPV und HIV angepasst werden. Im Jahr 2021 hatte Fursts Labor bereits die Wirksamkeit dieser Sensoren beim Nachweis von genetischem Material von HIV und humanen Papillomaviren nachgewiesen..
Die Plattform ist flexibel genug, um an neu auftretende Krankheitserreger angepasst zu werden, was in einer Zeit sich schnell entwickelnder Gesundheitsbedrohungen von entscheidender Bedeutung ist. Einige Mitglieder von Fursts Labor haben sich dem Startup-Accelerator-Programm angeschlossen. Delta V am MIT, mit dem Ziel, diese Technologie vom Labor auf den Markt zu bringen.
Auf dem Weg zu einer Welt ohne diagnostische Barrieren
Das erklärte Ziel des Teams ist klar:
„Wir konzentrieren uns auf Diagnostik, zu der viele Menschen nur eingeschränkt Zugang haben. Unser Ziel ist die Entwicklung eines Point-of-Use-Sensors. Man muss dafür nicht einmal in einer Klinik sein. Man kann ihn zu Hause anwenden“, sagt Furst.
Diese Innovation ist Teil eines breiteren Spektrums an Entwicklungen in der Molekulardiagnostik, wo Miniaturisierung und Demokratisierung von Diagnoseinstrumenten den Zugang zur medizinischen Versorgung neu definieren. „Bisher waren wir durch die Notwendigkeit eingeschränkt, die Sensoren vor Ort herzustellen. Jetzt, da wir sie schützen können, können wir sie versenden. Wir benötigen keine Kühlung. Dadurch können wir auf deutlich anspruchsvollere oder weniger ideale Testumgebungen zurückgreifen“, so Furst.
Ein 50-Cent-DNA-Sensor, der verspricht, die diagnostische Präzision der modernsten Labore direkt in unsere Häuser zu bringen: Die Gegenwart klopft an die Tür der Zukunft.