Die AG Biosensorik ist bestrebt die Diagnostik und das Monitoring von Krankheiten zu vereinfachen, zu beschleunigen und möglichst an den „Point-of-Care“ zu bringen. Dazu entwickelt sie unter anderem in den nachfolgend genannten Projekten verschiedenste Biosensoren:

1.    Projekt: ADAMTS-13 DNA-Origami Biosensor
Durch die programmierbare Natur der Watson-Crick-Basenpaarung, ist die DNA-Origami-Technologie ist ein hervorragendes Werkzeug für die Erzeugung verschiedener, definierter statischer oder dynamischer Nanostrukturen, die auch in der Biosensorik eingesetzt werden können. Das von der DFG geförderte Kooperationsprojekt zwischen unserer Biosensor-Gruppe und dem Institut für Physikalische Chemie der Ludwigs-Maximilians-Universität hat die Entwicklung einer DNA-Origami-basierten Nanosensor-Plattform für die Analyse der Metalloprotease "A Disintegrin And Metalloproteinase with ThromboSpondin motifs 13" (ADAMTS-13) im menschlichen Plasma zum Ziel.
ADAMTS-13 spaltet vWF-Multimere im Blutstrom. Funktionsbeeinträchtigte ADAMTS-13 oder dessen Mangel verursacht die Krankheit thrombotische-thrombozytopenische Purpura (TTP), eine schwere und lebensbedrohliche Form der thrombotischen Mikroangiopathie (TMA). Daher ist die Analyse der ADAMTS-13-Aktivität, des Antigens und der Autoantikörper gegen das Antigen ist entscheidend für die Diagnose der TTP und ihre Abgrenzung von anderen TMAs. Um die Differenzialdiagnose und die optimale Behandlung von TTP und anderen TMAs zu beschleunigen, wollen wir eine empfindliche, auf DNA-Origami basierende Sensorplattform entwickeln, welche auch patientennah einsetzbar ist. Dazu nutzen wir die modulare Natur der eingesetzten Nanotechnologie, bei der die Elemente der Biorekognition und der Signaltransduktion vollständig entkoppelt sind.

2.    Projekt: Fetale/Neonatale Alloimmunthrombozytopenie (FNAIT) & Immunthrombozytopenie (ITP)
Die fetale/neonatale Alloimmunthrombozytopenie (FNAIT) tritt bei Föten und/oder Neugeborene auf. Bei der FNAIT bildet das Immunsystem der Mutter Antikörpern gegen die Blutplättchen des Fötus, aufgrund unterschiedlicher humanen Thrombozytenantigene (HPA) Epitopen auf den Blutplättchen der Mutter und des Fötus. Diese Alloantikörper können die Plazentaschranke überwinden und binden an die Thrombozyten und Thrombozytenvorstufen des Fötus, was zu deren Zerstörung führt und schwere intrakranielle Blutungen beim Fötus oder Neugeborenen verursachen kann. Die Immunthrombozytopenie (ITP) ist eine erworbene Autoimmunerkrankung, bei der reife Blutplättchen und ihre Vorläuferzellen durch immunologische Prozesse zerstört werden. Dies führt zu einer beschleunigten Thrombozyten-Clearance und einer verminderten Thrombozytenproduktion, was zu einer verringerten Thrombozytenzahl führt. Zu den Symptomen der ITP gehören Petechien, verlängerte Blutungszeiten, leichte Blutergüsse und in seltenen Fällen sogar lebensbedrohliche intrazerebrale Blutungen. Die angemessene Behandlung von Patienten mit ITP wird häufig durch eine anfängliche Fehldiagnose verzögert. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Diagnose der ITP überwiegend ein Ausschlussverfahren ist und somit von der klinischen Erfahrung des behandelnden Arztes abhängt.
Obwohl bereits mehrere Bemühungen unternommen wurden, Tests für den Nachweis von plättchenspezifischen Allo-/Autoantikörpern in Serum/Plasma zu entwickeln, findet derzeit keiner dieser Tests breite Anwendung. Dies ist hauptsächlich auf die schlechte Leistung oder den hohen Aufwand der meisten dieser Tests zurückzuführen, bei denen die analytische Herausforderung darin besteht, intakte Thrombozytenmembranantigene auf der Testoberfläche zu immobilisieren. Unser Ziel ist daher die Entwicklung eines neuen Assays zum Nachweis von Allo- bzw. Autoantikörpern gegen gängige Thrombozytenrezeptor-Antigene (z. B. GPIIb/IIIa, GPIa/IIa und GPIb/IX/V) bei FNAIT bzw. ITP. Um dieses Ziel zu erreichen, werden bei dem neuen Ansatz rekombinante HEK-293-Zellen verwendet, die getaggte Thrombozytenrezeptoren exprimieren und so eine spezifische Bindung intakter Antigen-Antikörper-Komplexe an Testoberflächen ermöglichen.

3.    Project: ADAmon
Ziel von ADAmon ist die Entwicklung eines Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Immunosensors zur Messung der Konzentrationen therapeutischer Anti-TNF-Antikörper (TNF-Hemmer; d. h. Infliximab oder Adalimumab) mit besonderem Fokus auf der zusätzlichen Quantifizierung und Charakterisierung von Anti-Arzneimittel-Antikörpern (ADAs) im humanen Serum. Der vorgeschlagene SPR-Biosensor ermöglicht so den Nachweis individueller Immunreaktionen auf die Behandlung mit Biologika. Die Bereitstellung von Informationen über die Menge und Qualität der ADAs in Patienten wird Ärzten helfen, Entscheidungen über die optimale Behandlung und Therapie des Patienten zu treffen. Durch die Einstufung von ADAs im Serum, z. B. im Hinblick auf Affinität, Bioverfügbarkeit und funktionelle Aspekte der Interaktion zwischen TNF-Inhibitor und ADA (Epitop-Mapping), kann die Relevanz von ADAs für Patienten, bei denen die klinische Wirksamkeit des TNF-Hemmers nachgelassen hat, beurteilt werden. Dies kann die Personalisierung von Therapien ermöglichen und sowohl die Kosteneffizienz als auch die klinischen Ergebnisse verbessern.

Weitere Informationen, auch zu anderen Projekten, finden Sie unter: https://biosensorikmri.wordpress.com

Alumni
Melina Grasmeier
Anna Langmann
Janine Melanie Potreck
Heike Bittersohl
Andreas Bietenbeck
Stefanie Mak
Andreas Poschenrieder
Ruoyu Sun
Michael Schmalenberg
Carmen Kocot
Aline Schindler
Alice Schlichtiger

Recombinantly Expressed Tagged SUrface Protein (RETSUP) assay: a new diagnostic system for the detection of antibodies to platelets.
Weber, S., Arnold, J.B.Z., Sachs, U.J., Luppa, P.B. (2024).  J Thromb Haemost 22, 1187-1201. doi 10.1016/j.jtha.2023.12.030

Toward SERS-based therapeutic drug monitoring in clinical settings: Recent developments and trends.
Liu C, Weber S, Peng R, Wu L, Zhang W, Luppa PB, Popp J, Cialla-May D. (2023). Trends Anal Chem. 164:117094. doi: 10.1016/j.trac.2023.117094

Surface plasmon resonance assays for the therapeutic drug monitoring of infliximab indicate clinical relevance of anti-infliximab antibody binding properties.
Grasmeier, M.K., Weber, S., Treiber, M., Thaler, M.A., Luppa, P.B. (2023).  Clin Chem Lab Med 61, 1255-1265. doi 10.1515/cclm-2022-0949

Immunosuppressant quantification in intravenous microdialysate - towards novel quasi-continuous therapeutic drug monitoring in transplanted patients.
Weber, S., Tombelli, S., Giannetti, A., Trono, C., O'Connell, M., Wen, M., Descalzo, A.B., Bittersohl, H., Bietenbeck, A., Marquet, P., Renders, L., Orellana, G., Baldini, F., Luppa, P.B. (2021).  Clin Chem Lab Med 59, 935-945. doi 10.1515/cclm-2020-1542

Highly sensitive immunodiagnostics at the point of care employing alternative recognition elements and smartphones: hype, trend, or revolution? 
Thaler, M., Luppa, P.B. (2019). Anal Bioanal Chem 411, 7623-7635. doi 10.1007/s00216-019-01974-0

Recent advances in immunodiagnostics based on biosensor technologies-from central laboratory to the point of care. 
Poschenrieder, A., Thaler, M., Junker, R., Luppa, P.B. (2019). Anal Bioanal Chem 411, 7607-7621. doi 10.1007/s00216-019-01915-x

Diagnostic performance study of an antigen microarray for the detection of antiphospholipid antibodies in human serum.
Schindler, A.R., Bleher, O., Thaler, M.A., Kocot, C.J., Steigerwald, U., Proll, G., Gauglitz, G., Luppa, P.B. (2015).  Clin Chem Lab Med 53, 801-8. doi 10.1515/cclm-2014-0569

Optical biosensor-based characterization of anti-double-stranded DNA monoclonal antibodies as possible new standards for laboratory tests.
Buhl, A., Page, S., Heegaard, N.H., von Landenberg, P., Luppa, P.B. (2009).  Biosens Bioelectron 25, 198-203. doi 10.1016/j.bios.2009.06.037

Biosensor analysis of beta2-glycoprotein I-reactive autoantibodies: evidence for isotype-specific binding and differentiation of pathogenic from infection-induced antibodies. 
Metzger, J., von Landenberg, P., Kehrel, M., Buhl, A., Lackner, K.J., Luppa, P.B. (2007). Clin Chem 53, 1137-43. doi 10.1373/clinchem.2006.079632

Novel biosensor-based analytic device for the detection of anti-double-stranded DNA antibodies.
Buhl, A., Metzger, J.H., Heegaard, N.H., von Landenberg, P., Fleck, M., Luppa, P.B. (2007). Clin Chem 53, 334-41. doi 10.1373/clinchem.2006.077339

Alle Publikationen

Prof. Dr. med. Peter B. Luppa ist Chemiker und Mediziner mit Schwerpunkt Klinische Pathologie/Labormedizin und besonderer Expertise im Bereich Point-of-Care-Tests (POCT). Er studierte zunächst Chemie an der Universität Regensburg (1974 - 1979) und erhielt 1979 sein Diplom und seine Zulassung als Chemiker. 1980 begann er sein Medizinstudium an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, welches er 1986 mit der Approbation als Arzt und dem Doktortitel (Dr. med.) erfolgreich abschloss. Von 1986 bis 1992 absolvierte er die Ausbildung zum Facharzt für Laboratoriumsmedizin am Institut für Klinische Chemie am Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximilians-Universität München und wurde 1993 zum Facharzt für Laboratoriumsmedizin ernannt. Er wechselte 1992 ans Institut für Klinische Chemie und Pathobiochemie am Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München (MRI-TUM) gewechselt ist und war dort als Oberarzt und Lehrbeauftragter tätig. Dort habilitierte er auch auf dem Gebiet der Klinischen Chemie und Pathobiochemie an der Medizinischen Fakultät der MRI-TUM und wurde 1997 zum außerplanmäßigen Professor und apl. Professor an der TUM im Jahr 1997 bzw. 2002.

Prof. Peter B. Luppa ist ein bekannter Redner auf nationalen und internationalen Kongressen und Gutachter für zahlreiche internationale Fachzeitschriften. Darüber hinaus ist er ein geschätztes Mitglied mehrerer Fachgesellschaften, wie der Deutschen Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (DGKL) und der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie (DGE). Zudem ist er Mitglied des Vorstandes von INSTAND e. V. und Vorsitzender des Fachausschusses "Point-of-care-testing" der DGKL. Aufgrund seiner Expertise und seines hohen Engagements wurde er 2017 von der American Association for Clinical Chemistry (AACC), Critical and Point-of-Care Testing Division für "Outstanding Contributions in Point-of-Care Testing" und 2019 von der DGKL mit dem "Felix-Hoppe-Seyler Preis" ausgezeichnet.

Dr. rer. nat. Susanne Weber ist eine Biochemikerin mit breitem analytischem Fachwissen, die heute auf dem Gebiet der Biosensoren und der klinischen Chemie tätig ist. Nach einer ersten Ausbildung und anschließender Tätigkeit als staatlich anerkannte pharmazeutisch-technische Assistentin (PTA) studierte Dr. Susanne Weber Biochemie an der Technischen Universität München (TUM) und schloss 2008 mit dem Bachelor of Science (B. Sc.) und 2010 mit dem Master of Science (M. Sc.) ab. Von 2010 bis 2016 arbeitete sie als Doktorandin (Thema: "Charakterisierung der neuen humanen Aldo‐Keto Reduktase AKR1B15 und der 17beta‐Hydroxysteroiddehydrogenase 17beta‐HSD12 und Analyse des Vitamin D Metabolismus in Zellen") und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Biochemie im Institut für Experimentelle Genetik (Gruppe von Prof. J. Adamski) am Helmholtz Zentrum München. Im Jahr 2012 war sie für zwei Monate Gastwissenschaftlerin am Diabetes and Obesity Center, School of Medicine der University of Louisville, KY, USA. Bevor sie 2019 als Postdoc und Laborleiterin an das Klinikum rechts der Isar der TUM kam (Gruppe von Prof. Peter B. Luppa), arbeitete sie als Postdoc am Institut für Klinische Neuroimmunologie am Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximilians-Universität München. Neben der Arbeit an verschiedenen Projekten und der Organisation von Vorlesungen in der klinischen Chemie absolviert sie derzeit eine Weiterbildung zur Klinischen Chemikerin.

Dr. Susanne Weber nahm an mehreren internationalen Tagungen teil, bei denen ihre wissenschaftliche Arbeit mehrfach ausgezeichnet wurde. Darüber hinaus erhielt sie für ihre Forschungsprojekte Fördermittel von INSTAND e. V. (2020-2022) und der DFG (seit 2023).