Neben den Hauptbestandteilen Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel und Phosphor enthält der menschliche Körper auch einige Gramm Spurenelemente wie Eisen, Zink, Kupfer oder Nickel. Diese spielen zum Beispiel beim Transport von Sauerstoff im Blut oder als Bestandteile von Enzymen eine lebenswichtige Rolle. Bestimmte Krankheiten, etwa manche Formen von Krebs, Leber- und Augenerkrankungen, äußern sich in Veränderungen des Gehalts von Metallionen in Körperflüssigkeiten. Und das kann für Diagnosen genutzt werden.
Unkonventionelle Methode
Zur Nutzung von Spurenelementen als „Biomarker“ verfolgt Stefan Wagner, Forscher an der Montanuniversität Leoben, eine unkonventionelle Idee: Im Projekt „microPatch – Spurenelementselektive Hautpflaster für die nichtinvasive Schnelldiagnostik“ entwickelt er eine Methode, bei der die Metallspuren in Schweiß analysiert werden – und zwar mithilfe eines Pflasters und nachfolgender hochgenauer Element- und Stabilisotopenanalytik. „Der Vorteil im Vergleich etwa zu Blutuntersuchungen ist, dass die Methode völlig nichtinvasiv ist und man überdies als Ergebnis keine Momentaufnahme, sondern einen Durchschnittswert über eine gewisse Zeitspanne bekommt“, erläutert Wagner. Dass Wagner dieses wissenschaftliche Neuland betreten kann, wird durch eine Förderung des Landes Steiermark im Rahmen des Programms „UFO – Unkonventionelle Forschung“ ermöglicht.
Geringste Konzentration
Die größte Herausforderung dabei ist die niedrige Konzentration der Spurenelemente. „Man kann sich das ungefähr so vorstellen: Ein Zuckerwürfel wird im Bodensee aufgelöst und wir als Chemiker filtern daraus medizinische Parameter“, so Wagner. Um das zu schaffen, nimmt er Anleihen bei der Umweltanalytik: Auch dort geht es oft darum, Moleküle in geringsten Spuren nachzuweisen. Dazu wurden Substanzen entwickelt, die die Elemente, für die man sich interessiert, selektiv an sich binden und dadurch anreichern.
Wagner packt solche Materialien nun auf ein Pflaster, das für einige Tage auf die Haut geklebt wird und die Metallionen aus dem Schweiß aufnimmt. Anschließend werden die Spurenelemente im Labor aus dem Pflaster herausgelöst und in ultragenauen Analyseverfahren wie etwa ICP-MS („Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry“) untersucht. „Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten, um Krankheiten früh zu erkennen und den Erfolg personalisierter Behandlungsansätze effektiv zu verbessern“, sagt Wagner.
Bis die Methode als Diagnoseverfahren in der medizinischen Praxis einsetzbar ist, sind noch viele Vorarbeiten nötig. So müssen neben der Methodenentwicklung auch noch die Stoffwechselvorgänge im Körper und der Zusammenhang mit bestimmten Krankheiten genauer untersucht werden. Wagners unkonventionelle Analysemethode wird dazu einen wichtigen Beitrag leisten.
