Laut der deutschen Gesellschaft für bipolare Störung (DBGS) sind 2,5 Millionen Menschen in Deutschland von einer bipolaren Störung betroffen. Bipolare Störungen können mit einer Lithiumtherapie behandelt. Insbesondere bei der Vermeidung von Suiziden zeigt die Therapie eine hohe Wirksamkeit. Da die Gefahr einer Intoxikation durch das Lithium besteht, muss eine regelmäßige Kontrolle des Lithiumspiegels im Blut erfolgen. In den ersten vier Wochen der Therapie erfolgt dies wöchentlich.
Ziel unseres Projektes ist es, ein Testsystem zur Überprüfung des Lithiumspiegels zu entwickeln. Das Testsystem soll sich durch eine einfache Handhabung auszeichnen und verlässliche Ergebnisse liefern. Es soll den Patienten die Möglichkeit geboten werden, ihren Lithiumspiegel eigenständig Zuhause überprüfen zu können. Eine Intoxikation kann so frühzeitig erkannt und vorgebeugt werden.
Zur Detektion des Lithiums verwenden wir einen kürzlich entdeckten Li+ Riboswitch. Riboswitches funktionieren im biologischen Kontext wie eine Art Schalter, mit dem Gene AN/AUS geschaltet werden können. Diesen Riboswitch können wir in unserem System dazu nutzen, dass in Anwesenheit von Li+ ein Signal erzeugt wird. Das Signal soll es uns ermöglichen, den Lithiumspiegel quantitativ zu bestimmen. Dazu ist es notwendig, dass wir therapeutische Konzentrationen zwischen 0,6 und 1,2 mM und toxische Konzentrationen > 1,5 mM im Blut messen können.
Um diese Schwierigkeiten anzugehen, haben wir unseren Riboswitch angepasst und in Kombination mit mehreren Reportern unterschiedlicher Eigenschaften getestet. Details und eine genaue Beschreibung des Riboswitches sind in unserem Wiki zu finden.
Der Riboswitch in Kombination mit dem NanoLuc Reporter hat sich als beste Kombination für die Anforderungen an unser Testsystem herausgestellt. NanoLuc ist ein angepasstes Enzym, das ursprünglich aus der Tiefseegarnele Oplophorus gracilirostris stammt. Die Luciferase erzeugt ein Signal durch Biolumineszenz und zeichnet sich durch seine hohe Sensitivität, Stabilität und kleine Enzymgröße aus.
In einem zellfreien System konnten wir zeigen, dass wir in der Lage sind die für die Lithiumtherapie relevanten Konzentrationen zu messen. Jetzt gilt es, das System abzustimmen. Das abfallende Signal bei steigender Lithiumkonzentration deutet darauf hin, dass die Substratkonzentration zu gering ist. Dadurch wird bei höheren Lithiumkonzentrationen das Substrat schneller aufgebraucht und wir messen ein niedrigeres Signal. Eine Abstimmung der Subtratkonzentration könnte diesen Zusammenhang beheben.
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