Misfolding of Biomarkers Indicates Alzheimer's and Parkinson's Disease in Early Stages

Prof. Dr. Klaus Gerwert, Ruhr-Universität Bochum

We conducted discovery and validation studies to determine the potential of protein misfolding as biomarker for Alzheimer ́s (AD) and Parkinson ́s disease (PD). For this purpose, we developed a new platform technology, the so-called immuno-infrared sensor (iRS). The iRS technology relies on the extraction of protein biomarkers out
of complex body fluids, such as CSF and Plasma by antibodies. It is crucial that all possible conformational forms of the target analytes are detected. For this purpose, we developed a highly inert, antibody-coated functionalized ATR surface. The frequency downshift of the secondary structure sensitive Amide I band below a threshold as read out indicates the risk for these diseases

For the Alzheimer studies, we investigated the misfolding of amyloid-beta (Ab) in different stages of this continuum disease ranging from symptom-free, subjective cognitive declined and mild cognitive impaired, up to clinical AD., In a recent study, misfolding of Ab indicated the risk of AD up to 17 years before clinical diagnosis in plasma in symptom-free stages with an AUC of 0.82.

For Parkinson ́s disease we analyzed 134 CSF samples from patients with idiopathic and atypical parkinsonian disorders as well as controls with an AUC of 0.94.

The iRS allows a precise stratification of early-stage-individuals with Alzheimer and Parkinson for an early targeted therapeutic intervention with mild or no symptoms.

This work on fluid biomarkers is complemented by infrared imaging of brain tissue. We have examined the brains of Alzheimer's and Parkinson ́s patients.

In addition to neurodegeneration, we also use IR-Imaging for the diagnosis of cancer. In a study with 547 colorectal cancer patients, we have shown that the microsatellite instability of tumors can be determined on unstained tissue thin sections with an AUC of 0.9. This automated and label-free differential cancer diagnosis is made possible by combining IR imaging with artificial intelligence (deep learning).

Prof. Dr. Klaus Gerwert hat in Münster Physik studiert und in Freiburg in biophysikalischer Chemie promoviert. Nach einem “Postdoc” am Max-Planck-Institut in Dortmund und einem Heisenberg-Stipendium (DFG) am Scripps Research Institute in La Jolla, USA, wurde er mit 36 Jahren Professor und Inhaber des Lehrstuhls für Biophysik an Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB).

Klaus Gerwert gründete den SFB 642 und leitete ihn von 2004–2016. Er war Fellow der Max-Planck-Gesellschaft 2009 – 2017 und externer Direktor am Max-Planck-Partnerinstitut in Shanghai 2009 – 2014. Seit 2019 ist er Geschäftsführender Gründungsdirektor des Zentrums für Proteindiagnostik (PRODI); einem Bund/Ländergeförderten Forschungszentrum der RUB.

Mitte 2020 gründete Klaus Gerwert die betaSENSE GmbH als Spin-off der RUB. Seitdem ist er auch Geschäftsführer von betaSENSE.

Klaus Gerwert hat die Entwicklung und Anwendung der zeitaufgelösten Infrarot- Differenzspektroskopie in der Proteinforschung in über 270 Publikationen mit mehr als 15.000 Zitierungen und mehreren Patenten aktiv vorangetrieben. Er ist international bekannt für seine vielbeachteten Veröffentlichungen über Reaktionsmechanismen von Membranproteinen, insbesondere der katalytischen Rolle protein-gebundener Wassermoleküle. Kürzlich entwickelte er die auf Quantenkaskadenlaser-basierende IR-Bildgebung von Krebs- und Hirngewebe in Kombination mit künstlicher Intelligenz als "markierungsfreie digitale Pathologie".

Sein derzeitiger Schwerpunkt liegt auf der Translation seines Immuno-IR-Sensors in die klinische Anwendung. Mit dem immuno-Infrarot-Sensor kann in Körperflüssigkeiten das Risiko bestimmt werden, später an Alzheimer-Demenz zu erkranken. Im September 2023 wurde Klaus Gerwert für die Entwicklung des Immuno-IR-Sensors mit dem Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen ausgezeichnet.

Klaus Gerwert ist seit 2009 ordentliches Mitglied in der Klasse für Naturwissenschaften und Medizin der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.