Schätzungen von Alzheimer´s Disease International zufolge leiden weltweit circa 50 Millionen Menschen an Demenz.1 Eine der häufigsten Formen ist Alzheimer, bei der das Gehirn unwiderruflich durch den Abbau von Nervenzellen geschädigt wird, was zu kognitiven und motorischen Einschränkungen führt. Das Vorkommen von Schwermetallen im Wasser kann als Risikofaktor eine Alzheimer-Erkrankung begünstigen. Mit optischen Chemosensoren könnten Fortschritte zum Monitoring von Gewässerverunreinigungen und damit zur Vorbeugung der neurodegenerativen Erkrankung erzielt werden. Erforscht werden diese in der Forschungsabteilung Nanobiophotonik am Leibniz-IPHT zusammen mit der American University in Kairo, Ägypten.

Quecksilber, Blei oder Arsen sind hochgiftige Schwermetalle, die Gewässer belasten – mit dramatischen gesundheitlichen Folgen. Eine regelmäßige Kontrolle zur Sicherstellung der Wasserqualität und möglicher Kontaminationen ist deshalb geboten. Optische Chemosensoren sind geeignet, um den Gehalt an toxischen Metallen im Wasser zu überprüfen. Sie sind überaus empfindlich und in der Lage, kostengünstig und schnell geringfügige Konzentrationen, auch mehrerer toxischer Metalle, nachzuweisen.

„Solche Sensoren sind zum Beispiel in Form von Nanopartikeln denkbar, die ihre optischen Eigenschaften in Anwesenheit von Schwermetallen ändern. Indem wir ihre Oberfläche modifizieren und spezielle Fängermoleküle anbinden, ließe sich in kurzer Zeit feststellen, ob in einer zu untersuchenden Wasserprobe ein toxisches Metall enthalten ist. In diesem Fall bindet sich das Metallmolekül an das Fängermolekül an, wodurch ein Farbumschlag der Nanopartikel entsteht“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Fritzsche, Leiter der Forschungsabteilung Nanobiophotonik am Leibniz-IPHT. Gemeinsam mit Hassan Azzazy, Professor für Chemie an der American University in Kairo, der für seine Verdienste mit dem Georg Forster-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung geehrt und im Rahmen eines Forschungsaufenthaltes am Leibniz-IPHT forscht, untersucht er das Thema der optischen Chemosensoren.

Prof. Hassan Azzazy beschäftigt sich ebenfalls mit Nanotechnologien und arbeitet daran, erschwingliche und schnell einsetzbare diagnostische Lösungen für sein Heimatland zu entwickeln. Speziell im Nahen Osten und Nordafrika (MENA-Region) könnte die Zahl der Alzheimer-Betroffenen bis zum Jahr 2050 um 400 Prozent zunehmen.2 Dank optischer Chemosensoren kann ein wertvoller Beitrag geleistet werden, um Schlüsselfaktoren für die Entstehung von Alzheimer zu reduzieren.

In Zusammenarbeit mit Prof. ­Hassan Azzazy konnte am Leibniz-IPHT ein tragbares System zum Vor-Ort-Nachweis mittels eines kolorime­trischen Assays entwickelt werden. Dieses wurde von den Forschenden erfolgreich für den DNA-basierten Nachweis des Bakteriums ­Legionella pneumophila demonstriert. Eine Infektion mit diesem Erreger erfolgt über kontaminiertes Wasser und kann sich bis zur Lungenentzündung ausweiten. Die entwickelte Lösung basiert ebenfalls auf der Nutzung von Edelmetall-Nanopartikeln, deren Farbänderung das Vorhandensein des Bakteriumgenoms nachweist.

Im Bild:
Prof. Hassan Azzazy von der American University in Kairo arbeitet daran, mobil einsetzbare diagnostische Lösungen zu entwickeln.   
©The American University in Cairo

1 Vgl. Statista: Statistiken zum Thema Demenz weltweit

2 Vgl. Deutsche Welle: Demenz wird zu immer größerer Herausforderung in Nahost und Nordafrika