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Next generation sepsis diagnosis

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Genaue und deutlich schnellere Sepsisdiagnostik

Die zügige Sepsisdiagnostik ist noch immer eine der größten Herausforderungen in der Humanmedizin, denn das Sterblichkeitsrisiko steigt mit jeder Stunde, die bis zur Antibiotikatherapie vergeht. Mit einem innovativen Schnelltest könnten Mikroorganismen in Vollblutproben nun bereits nach knapp drei Stunden identifiziert werden.

Gesundheit

Sepsis (Blutvergiftung) resultiert aus einer fehlgesteuerten systemischen Immunreaktion auf eine bakterielle Infektion, was zu lebensbedrohlichem Multiorganversagen führen kann und jährlich mit 9 Millionen Todesfällen zu Buche schlägt. Bislang wird in der Sepsisdiagnostik mit Blutkulturen und Nukleinsäure-basierten Multiplex-Technologien gearbeitet, was allerdings zeitaufwändig ist, da Ergebnisse frühestens nach ein bis zwei Tagen vorliegen. Da auch die Spezifität niedrig ist, sind dringend neue diagnostische Methoden für eine genauere und schnellere Sepsisdiagnose gefragt, um frühestmöglich mit der geeigneten antimikrobiellen Intervention zu beginnen.

Neues Werkzeug zur Schnelldiagnose von Sepsis

Das EU-finanzierte Projekt SMARTDIAGNOS sollte diese diagnostische Lücke schließen und brachte hierzu eine multidisziplinäre Fachgruppe aus der klinischen Mikrobiologie, Molekularbiologie und Nanotechnologie mit KMU (kleinen und mittleren Unternehmen) aus dem Bereich Diagnostik zusammen. „Unser Ziel war die Entwicklung neuer Systeme, die in nur drei Stunden ein breites Spektrum an Krankheitserregern und Resistenzmechanismen in Vollblut erkennen“, erklärt der wissenschaftliche Forschungsleiter Anders Wolff. Voraussetzung für eine zügige Intervention mit dem geeigneten Antibiotikum ist, dass der mikrobielle Erreger bekannt ist. Wird innerhalb der ersten Stunden nach Auftreten der Symptome ein geeigneter antimikrobieller Wirkstoff verabreicht, liegen die Überlebenschancen bei 80 %, die allerdings mit jeder weiteren Stunde, die bis zur Behandlung vergeht, um etwa 8 % sinken. Um der schlechten Statistik gegenzusteuern, sollte das Konsortium SMARTDIAGNOS die in der Sepsisdiagnostik schwierigste Aufgabe lösen und den Nachweis der meist in niedriger Konzentration vorliegenden bakteriellen Erreger vereinfachen. Hierfür wurde eine Methode entwickelt, die für die Bestimmung der Pathogenkonzentration mit magnetischen Kügelchen arbeitet. Die fluoreszenspektroskopische SAF-Detektion (Fluoreszenz oberhalb des kritischen Winkels) des Pathogens erfolgt mittels Festphasen-Polymerasekettenreaktion, Festphasen-PCR auf einem Mikrolinsenarray, das in einen Mikrochip eingebettet ist. Mit diesem System lassen sich Mikroorganismen schnell und spezifisch nachweisen, ohne dass Kulturen angelegt werden müssen. Der Test detektiert innerhalb von drei Stunden mehr als 100 spezifische mikrobielle Sepsiserreger, Resistenzgene oder Gene aus Pilzen in Vollblut.

Erfolgreicher klinischer Test des Systems – und eine vielseitige Technologie für weitere Anwendungen

Für die Marktzulassung in Europa wurde SMARTDIAGNOS in einer Pilotstudie im Labor für klinische Mikrobiologie des Unternehmens Unilabs AB in Schweden klinisch evaluiert, sodass die Partner die analytische Sensitivität und Spezifität des neuen Instruments bewerten und optimieren wie auch die Studienprotokolle testen konnten. Analysen von mehr als 400 Proben ergaben eine Sensitivität von 70 %, eine Spezifität von 99 % und eine Genauigkeit bei der Klassifizierung der Proben von 96 % nach 2 bis 4 Stunden. Damit ist das System Blutkulturen als bisheriger Standardmethode, die Ergebnisse erst nach 48 bis 120 Stunden liefert, deutlich überlegen. „Vor allem aber ist die SMARTDIAGNOS-Technologie skalierbar und vielseitig und eignet sich auch zur Diagnose anderer Krankheiten“, betont Wolff. Da die Symptomatik einer Sepsis heterogen ist, ist die richtige Diagnose meist schwierig und lässt sich mitunter auch schlecht von der nicht-infektiösen systemischen Entzündungsreaktion unterscheiden, deren Symptome ähnlich sind, aber anders behandelt werden müssen. Mit seiner Multiplexkapazität wird SMARTDIAGNOS die diagnostische Genauigkeit, den spezifischen Nachweis antimikrobieller Resistenzgene und das Behandlungsergebnis deutlich verbessern und zudem die intensivmedizinische Versorgung verkürzen.

Schlüsselbegriffe

SMARTDIAGNOS, Sepsis, Mikroorganismus, Vollblut, Blutkultur, Festphasen-PCR, Fluoreszenz oberhalb des kritischen Winkels, SAF

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