Hintergrund
ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) ist eine leistungsstarke Labortechnik zum Screening von Krankheitsanalyten in biologischen Proben. Durch die Nutzung der Prinzipien von Immunoassays und enzymatischen Reaktionen ermöglicht der ELISA den Nachweis und die Quantifizierung spezifischer Moleküle, die als Analyten bekannt sind. Das Verfahren beginnt mit der Beschichtung einer Mikrotiterplatte oder eines festen Trägers mit Fänger-Antikörpern, die so konzipiert sind, dass sie an den interessierenden Zielanalyten binden. Diese Antikörper fungieren als "molekulare Fallen", die die Analytenmoleküle einfangen und immobilisieren. Die beschichtete Oberfläche wird dann blockiert, um jegliche unspezifische Bindung zu verhindern. Anschließend wird die Testprobe, die den Analyten enthalten kann, auf die Mikroplatte gegeben und inkubiert. Wenn der Analyt vorhanden ist, bindet er an die Fänger-Antikörper und bildet einen "Sandwich"-Komplex. Um das Vorhandensein des Analyten nachzuweisen, wird ein sekundärer Antikörper eingeführt. Dieser sekundäre Antikörper ist mit einem Enzym konjugiert, z. B. Meerrettichperoxidase (HRP) oder alkalische Phosphatase (AP). Der sekundäre Antikörper bindet entweder an den eingefangenen Analyten oder an die eingefangenen Antikörper, wodurch ein sekundärer "Sandwich"-Komplex entsteht. Nach gründlichem Waschen, um alle ungebundenen Komponenten zu entfernen, wird ein für das Enzymkonjugat spezifisches Substrat zugegeben. Wenn das Enzym auf das Substrat einwirkt, erzeugt es ein nachweisbares Signal, in der Regel eine Farbänderung, die direkt proportional zur Menge des Analyten in der Probe ist. Das resultierende Signal wird mit einem Mikroplatten-Lesegerät gemessen, das die Menge des Analyten in der Probe quantifiziert, indem es sie mit einer Standardkurve vergleicht, die aus bekannten Analytkonzentrationen erstellt wurde. Obwohl ELISA eine zuverlässige Methode ist, mit der Analyten auch bei niedrigen Konzentrationen empfindlich und selektiv nachgewiesen werden können, gibt es mehrere Nachteile: (i) die Notwendigkeit einer sorgfältigen Handhabung und von Fachkenntnissen bei der Durchführung mehrerer Testschritte, die fehleranfällig sind, (ii) ein begrenzter dynamischer Bereich, (iii) eine zeitaufwändige Inkubationszeit, die den Erhalt von Ergebnissen verzögern kann, was ein Problem darstellen kann, wenn die frühzeitige Erkennung von Krankheiten entscheidend ist. (iv) Kreuzreaktivität mit ähnlichen Molekülen kann die Spezifität beeinträchtigen, was zu falsch positiven Ergebnissen oder Interferenzen führt, und (v) die teure Einrichtung zur Durchführung der Tests.Um die oben genannten Probleme zu überwinden, soll in dieser Arbeit eine einfache und kostengünstige Plattform zur Detektion und Quantifizierung von Analyten entwickelt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden elektrochemische Impedanzspektroskopie-Analysen (EIS) durchgeführt, um die Änderungen der Impedanz/des Widerstands der die Probe enthaltenden Lösung zu bewerten, die durch die enzymatisch initiierte Hydrogelierung bei der Bindung des Analyten hervorgerufen werden. Für den Nachweis des Konzepts wird eine Sandwich-Immunoassay-Plattform entwickelt, um den Biomarker für akute Nierenschädigung (AKI) zu testen: neutrophiles Gelatinase-assoziiertes Lipocalin (NGAL).

Zielsetzung/Arbeitspakete:
Die durchzuführenden Arbeitspakete lauten wie folgt
- Literaturstudie, um Erkenntnisse über Immunoassays, Hydrogelierung und EIS zu gewinnen,
- Entwicklung eines Sandwich-Immunoassays für den kolorimetrischen Nachweis von NGAL und Optimierung des ELISA-Assays
- Übertragung des optimalen Assays in einen Immunoassay auf Magnetkügelchenbasis und Durchführung des Analytnachweises mit EIS
- Vergleich der Analyt-Nachweisleistung des entwickelten impedimetrischen Nachweisverfahrens mit dem farbmetrischen ELISA.
Die Ergebnisse werden in einem Abschlussbericht und in einer Präsentation vorgestellt. Nur die schriftliche Ausarbeitung der Arbeit zählt für die Bewertung und Benotung.