Neue „Lab-on-a-Disk“-Plattform ermöglicht patientennahe molekulare Fingerabdrücke von Mund- und Atemwegsinfektionen
Atemwegsinfektionen werden häufig nur anhand von Patientensymptomen behandelt, obwohl dies zu einer fehlerhaften Verschreibung und dem übermäßigen Einsatz von Antibiotika führen kann. Die Herausforderung besteht darin, die Pathogene (Viren oder Bakterien), welche die Infektion hervorrufen, genau zu identifizieren und eine entsprechende Behandlung einzuleiten. Bisher war dazu eine langwierige und teure Analyse von Proben im Labor notwendig. So zählen zum Beispiel Zahnkaries und Parodontitis weltweit zu den häufigsten chronischen, nicht übertragbaren Krankheiten, wobei Länder mit hohem Einkommen 5 bis 10 % ihrer gesamten öffentlichen Gesundheitsausgaben für die Mundgesundheit aufwenden. Eine frühzeitige Diagnose dieser Erkrankungen ist wichtig, um sie langfristig zu überwachen und eine auf den Patienten zugeschnittene Behandlung zu entwickeln. Dazu müssen die jeweiligen Bakterien und die als Wirt dienenden Proteinbiomarker nachgewiesen werden. Im Rahmen des DIAGORAS-Projekts wurde eine Plattform entwickelt, mit deren Hilfe Mediziner, Allgemeinärzte und Zahnärzte patientennahe Diagnosetests durchführen können. Der Test setzt sich aus einem Panel von mikrobiellen Targets und Wirtsbiomarkern zusammen, die eine komplette Patientenanalyse und genaue Diagnose, Behandlung und Überwachung von Erkrankungen ermöglichen.
Die Diagnoseplattform
„Unsere Plattform kann Proben entnehmen, die ursächlichen Mikroorganismen identifizieren und die entsprechenden Biomarker für die Reaktion auf menschliche Infektionen messen, woraus sich ein genaueres Patientenmanagement und -monitoring ergibt“, erklärt der Projektkoordinator Dr. Konstantinos Mitsakakis. „Durch die Plattform werden weniger Antibiotika verschrieben, die nur vorsichtshalber verordnet werden, und ein besseres Management der zahnärztlichen Kosten wird möglich.“ Herzstück des Systems ist eine scheibenförmige Mikrofluid-Plattform, die LabDisk, die alle biochemischen und Mikropartikel-Komponenten beinhaltet, die für die mikrobielle Analyse und die Analyse von Protein-Biomarkern notwendig sind. „Genau genommen ist die Plattform ein Labor in Miniaturform, das sich auf einer Scheibe befindet“, so Dr. Mitsakakis, der an der koordinierenden Einrichtung Hahn-Schickard in Freiburg tätig ist. Bei Atemwegsinfektionen muss der Anwender lediglich einen Abstrich beim Patienten machen, im Transportmedium platzieren und einen kleinen Teil des Transportmediums in die DIAGORAS-Scheibe einführen. Alle notwendigen molekularen Schritte werden anschließend automatisch durchgeführt, woraufhin das Lesegerät der LabDisk-Plattform ein Ergebnis ausgibt. Im Wesentlichen werden die DNA und RNA der Pathogene extrahiert, gereinigt und mit Amplifikationsreagenzien (PCR-Reagenzien) vermischt. Die Mischung wird anschließend auf mehrere Reaktionskammern verteilt, in denen eine Nukleinsäureamplifikation durchgeführt und ein Signal erzeugt wird. Ein positives Signal aus einer bestimmten Kammer weist darauf hin, dass mindestens ein konkretes Pathogen vorhanden ist. Bei Mundinfektionen wird das gleiche Verfahren angewendet, mit der Ausnahme, dass es sich bei der entnommenen Probe um Speichel handelt und sich das Panel der zu bestimmenden Mikroorganismen unterscheidet. Bei beiden Anwendungen werden die Mikro-/Nanopartikel außerdem genutzt, um die Konzentrationen von wirtsspezifischen Biomarkern zu ermitteln und zu quantifizieren.
Genauere Behandlung
Der erzeugte Bericht vermittelt wertvolle Informationen zu einer Reihe von Mikroorganismen und gibt die Konzentration der Protein-Biomarker in der untersuchten Probe an. Dadurch können Entscheidungen getroffen werden, die zu einer genaueren Behandlung als bei der alleinigen Zuhilfenahme von diagnostischen Symptomen führen. „Wir freuen uns, ein leistungsstarkes Diagnosewerkzeug für Gesundheitsdienstleister zu entwickeln, das eine schnelle und genaue Behandlung von Erkrankungen ermöglichen wird, die fast jeden mindestens einmal im Leben treffen werden. Das System kann nun zur Produktentwicklungs- und anschließend zur klinischen Validierungsphase übergehen“, sagt Dr. Mitsakakis.
Schlüsselbegriffe
DIAGORAS, Point-of-Care, Diagnose, Mundinfektion, Atemwegsinfektion, Biomarker, Mikrofluidik, LabDisk
