Tragbares Gerät erkennt Blutvergiftung innerhalb einer halben Stunde
Eine Blutvergiftung ist ein pathologischer Zustand, der durch eine unangemessene Entzündungsreaktion auf eine Infektion gekennzeichnet ist und zu Fehlfunktionen der Organe führen kann. Diese Krankheit kann von Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilzen verursacht werden. Bei der Versorgung konzentriert man sich hauptsächlich darauf, wie die Infektion durch Ursachenkontrolle und Antibiotika reguliert werden kann. Die sozialen und wirtschaftlichen Kosten einer Blutvergiftung sind bei den weltweit ungefähr 20 000 Todesfällen am Tag sehr hoch. Im Jahr 2008 wurden in Europa und den USA über 10 Milliarden EUR für die Krankenhausbehandlung von Patienten mit Blutvergiftung ausgegeben. Das Projekt RAIS hat eine neue markierungsfreie, vor Ort anwendbare Microarray-Plattform entwickelt, mit der die Werte der für Blutvergiftung spezifischen Biomarker innerhalb einer halben Stunde quantifiziert werden können. Die Forscher haben das System erfolgreich validiert, das auf einem eigens entwickelten interferometrischen Mikroskopaufbau ohne Linse basiert. „Wir wollten eine schnelles und sensibles Hochdurchsatzgerät entwickeln, mit dem eine Blutvergiftung mit geringem finanziellen Aufwand erkannt werden kann“, sagt Dr. Pruneri, Projektkoordinator bei RAIS. Testdesign vollständig überarbeitet Zu den gängigen Diagnoseverfahren gehören Blutuntersuchungen, Zählung der Blutzellen, Serumlaktat und Blutkulturen für aerobe und anaerobe Mikroorganismen. Doch die Diagnose auf Basis von Kulturen ist langwierig und man ist mit Nachdruck auf der Suche nach Biomarkern, die eine frühe Diagnose dieser Krankheit erlauben. Das Projekt RAIS hat ein optisches Microarray-Lesegerät entwickelt, das für die Diagnose einer Blutvergiftung spezifische Biomarker nutzt. Das sind unter anderem Proteine, die an Entzündungen beteiligt sind, und typisch vorkommende Bakterien, die den Blutproben des Patienten entnommen werden. Die für diese Biomarker spezifischen Antikörper werden auf der Microarray-Platte abgelagert und dort fixiert. Das Gerät enthält eine Einmalkartusche, die in eine tragbare markierungsfreie Microarray-Plattform integriert ist und potenziell über 1 Million Proben gleichzeitig vermessen könnte. Daraus wurde ein Instrument als Alphaprototyp entwickelt, das in den ersten Experimenten zum Einsatz kam. Das Team hat das Gerät weiter optimiert und einen Betaprotoypen des Lesegeräts entwickelt, der für die Analyse noch weniger Probenvolumen benötigt und zu einem signifikant niedrigeren Preis hergestellt werden kann. Außerdem wurden von den Industriepartnern des Projekts eine automatisierte Nachbearbeitungssoftware und ein grafisches Nutzerinterface hinzugefügt, um den Umfang der Messprozesse und Analysen zu reduzieren. Ein kommerzielles Gerät auf Basis des Betaprototypen könnte möglicherweise schon für 50 EUR pro Person Ergebnisse liefern. „Wir mussten die Empfindlichkeit des optischen Lesegeräts mit einem nanostrukturierten Substrat steigern und konnten so die für Blutvergiftung typischen Biomarker CRP, E. coli und das Protein PCT, das ein geringes molekulares Gewicht hat, erkennen und quantifizieren“, so Dr. Pruneri. Das C-reaktive Protein (CRP) wird häufig als Biomarker für Entzündungen verwendet und PCT steht für Procalcitonin – beide kommen üblicherweise im Blutplasma von Patienten mit Blutvergiftung vor. RAIS in der Biotechindustrie Neben der Entwicklung des Geräts haben Forscher in RAIS auch das Microarray-Lesegerät validiert, indem sie Proben von Patienten mit Blutvergiftung genommen und eine Sepsis-Biobank aus Proben dieser Patienten und Proben einer Kontrollgruppe erstellt haben. Die Ergebnisse der Forschung und Entwicklung innerhalb von RAIS werden die weitere Entwicklung dieses Projekts ergänzen. „Wir haben bereits ein neues Gerät entwickelt, bei dem die elektronische Lesekarte und die Software direkt eingebaut sind. Das wird später Teil eines neuen Produkts sein, mit dem sich Daten ohne Computer analysieren lassen“, so Dr. Pruneri weiter. „Die Verwertung dieser technischen Entwicklung wird mit dem Industriepartner ThermoFisher und anderen Unternehmen weitergeführt, um diese Technologie weiter zu verbessern und in klinischen Studien einsetzen zu können“, fährt er fort. Neben der Diagnose von Autoimmunerkrankungen sollte das auch ermöglichen, dass neue Diagnosesets auf den Markt für Serologieprodukte kommen und bei anderen Krankheiten Anwendung finden.
Schlüsselbegriffe
RAIS, Blutvergiftung, Sepsis, Microarray, Diagnose, Biomarker, optisches Lesegerät
