Biosensoren der Zukunft: Patientennahe in vitro-Diagnostik f € ur personalisierte Medizin Frank F. Bier und Soeren Schumacher Durch Globalisierung und Klimawan- del, aber auch durch die medizinische Therapie selbst, vera ¨ndern sich welt- weit die Infektionspotenziale und da- mit auch die Gefahren von Epidemien. Ebenso nehmen alters- und erna ¨h- rungsbedingte Erkrankungen bedingt durch den Lebensstil in Industrie- und Schwellenla ¨ndern stetig zu. Nicht nur der Patient leidet unter langen und teuren Behandlungen, sondern auch die Gesundheitssysteme werden bis an ihre Grenzen belastet. Daher ent- steht ein Bedarf an fru ¨hzeitiger Diag- nose. Dicht gestaffelte Diagnostik wird zur Vorbeugung und Therapieop- timierung notwendig werden. Dieser Bedarf ko ¨nnte durch Einsatz von in vitro-Diagnostik direkt beim Arzt oder durch den Patienten selbst ge- deckt werden. Es wird somit fu ¨r die kommenden Jahrzehnte ein wachsen- der Markt fu ¨r in vitro-Diagnostika ab- geleitet (Abb. 1). Mit dem Schlagwort ,,personalisierte Medizin‘‘ wird der Anspruch formu- liert, die Forschungserkenntnisse aus der molekularen Medizin der vergan- genen Jahre nun in Form von Diagnos- tik und Therapie dem Patienten zugute kommen zulassen. Die anzuwendende Therapie orientiert sich nicht nur an statistischen Daten, sondern den kon- kreten Messwerten des Patientenzu- standes zum Beispiel bei der Dosie- rung eines Medikamentes. Hierin kommt der in vitro-Diagnostik eine besondere Bedeutung zu, da sie das Potenzial entha ¨lt, pra ¨ventive und pra ¨- symptomatische oder auch therapie- begleitende Diagnostik patientennah zu gewa ¨hrleisten. Der heutige Stellen- wert der in vitro-Diagnostik spiegelt nicht ihre zuku ¨nftige Bedeutung wi- der, sondern konzentriert sich stark auf die Analyse von Blutproben in zentralisierten Laboren. Bei der Entwicklung von Diagnostika, die außerhalb des Labors zum Einsatz kommen sollen, wird ha ¨ufig auf ein- zelne Technologien fokussiert, es fehlt aber an weitertragenden Visionen und Konzepten zu ihrer technologischen Umsetzung, die eine Erweiterung der Diagnostik im Patientensinne zulas- sen. Zuku ¨nftige Diagnostik muss des- halb nah am Patienten stattfinden, um direkt beim Arzt die Werte fu ¨r die Beratung oder die Therapieauswahl verfu ¨gbar zu machen. Zum Beispiel ko ¨ nnte die richtige Auswahl eines An- tibiotikums sofort erfolgen, wenn der Erreger sofort erkannt wird und nicht erst nach einigen Tagen durch die mikrobiologische Diagnostik ermittelt werden mu ¨sste. Zur Bewa ¨ltigung die- ser Aufgabe mu ¨ssen technologisch sehr unterschiedliche Methoden zu- sammengefu ¨hrt und in ein Produkt gegossen werden, das dem Nutzer ein- fache Handhabung und zuverla ¨ssige Ergebnisse garantiert. Noch gro ¨ßer wird die Herausforde- rung, wenn der Patient – wie heute schon vielfach bei der Glukosekon- trolle bei Diabetikern – selbst die Kontrolle bestimmter physiologi- scher und biochemischer Parameter kontrollieren bzw. die U ¨ berwachung unterstu ¨tzen soll. Es gibt zahlreiche Szenarien, die deutlich machen, dass die Bewegungsfreiheit und damit die Lebensqualita ¨t der Patienten mit ei- ner guten Selbstkontrolle stark ver- gro ¨ßert werden kann. Als Beispiel denke man an Patienten mit erho ¨htem Herzinfarktrisiko oder nach einer Or- gantransplantation. Hier muss die Diagnostik noch mit der Telekommu- nikation und mit den klinischen La- bor- und Datenmanagementsystemen verbunden werden. Es sind vo ¨llig neue Aufgaben fu ¨r die Telemedizin notwendig, die bis heute nur in An- sa ¨tzen diskutiert werden. Neuere Wege ero ¨ffnen sowohl fu ¨r medizini- sches Personal als auch fu ¨r den Pa- tienten passable Mo ¨glichkeiten, schneller und somit effizienter Krankheiten zu detektieren und (The- rapie-) Maßnahmen einzuleiten. In der Grundlagen- und Vorlauffor- schung bedarf es einerseits weiterer Anstrengungen neue Biomarker bzw. Moleku ¨le, die diese Biomarker sicher und genau nachweisen ko ¨nnen, zu finden. Andererseits sind Produktions- technologien gefordert, die diese vali- dierten Marker fu ¨r Diagnostika ver- fu ¨ gbar machen, denn die meisten Pro- duktionsverfahren der Polymer- und Halbleiterindustrie sind mit biochemi- schen Moleku ¨len nicht kompatibel, weil hohe Temperaturen, starke Sa ¨u- ren oder Lo ¨sungsmittel eingesetzt werden, die diese inaktivieren. Sowohl in der medizinischen in vitro- Diagnostik, als auch in der Umwelt-, Lebensmittel- und pharmazeutischen Analytik werden biochemische Rea- genzien eingesetzt, die auf der mole- kularen Erkennung des Analyten durch biologische Makromoleku ¨ le be- ruhen. Dies sind Enzyme, Antiko ¨rper, Nukleinsa ¨uren oder Rezeptoren und Hormone. Diese biomolekularen Erkennungse- lemente besitzen gegenu ¨ber den che- mischen Reagenzien meist eine Public Health Forum 19 Heft 70 (2011) http://www.elsevier.de/phf 26.e1