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Innere Medizin 13. November 2007

Mini-Labor für Infektionsdiagnose

Elektrotechnikern der Technischen Universität (TU) Wien gelang es, den Diagnose-Prozess in Zusammenarbeit mit den Austrian Research Centers Seibersdorf durch ein neu entwickeltes, sparsames Miniaturlabor von mehreren Tagen auf wenige Stunden zu reduzieren. Eine unmittelbare und gezielte Therapie wird so möglich.

„Als wir 2004 mit dem Projekt begannen, lautete unsere Idee, ein klassisches Diagnoselabor auf möglichst kleinem Raum zusammenzufassen, zu miniaturisieren und mit Hilfe dieses ‚Lab-on-a-Chip‘ Infektionserreger innerhalb weniger Stunden nachzuweisen“, erläutert Prof. Dipl.-Ing. Dr. Michael Vellekoop vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der Fakultät für Elektrotechnik, TU Wien.

Schnell und treffsicher dank PCR

Erreger von Infektionskrankheiten können in Patientenblutproben mit der neuen Chiptechnologie in nur fünf bis sechs Stunden nachgewiesen werden. Dr. Christa Nöhammer von den Austrian Research Centers Seibersdorf fasst die Verbesserungen wie folgt zusammen: „Die Erreger und deren DNA werden direkt aus dem Patientenblut isoliert und mit Hilfe der sogenannten Polymerasen Kettenreaktion (PCR) im Reagenzglas vervielfältigt, bevor sie mittels Chip identifiziert werden. Die klassischen Nachweismethoden erfordern, dass die Erreger zunächst im Kulturmedium vermehrt werden, wodurch bis zur endgültigen Diagnose mehrere Tage vergehen.“ Bei der Chip-Methode wird die vermehrte DNA auf eine goldbeschichtete, feste Oberfläche aufgebracht und bindet dort immobilisierte, für bestimmte Erreger-Spezies spezifische DNA-Fängermoleküle. Klassischerweise wird eine Bindung zwischen den Fängermolekülen und der Erreger-DNA aus der Patientenprobe durch Einbau eines Fluoreszenz-Farbstoffs in die Keim-DNA, also optisch, sichtbar gemacht.

23 Bakterienarten, 2 Sorten Pilze

Im Minilabor der TU-Wissenschafter wird die Fluoreszenz nun durch einen Sensorchip ersetzt. Gabriel Hairer, Dissertant an der Technischen Universität Wien: „Kleine Elektrodenfinger formen Kapazitäten, die sich abhängig vom Material zwischen den Fingern ändern. Das Ganze befindet sich in einer wässrigen Lösung, sodass die DNA schließlich elektrisch festgestellt werden kann, indem man eine Kapazitätsänderung misst, wenn der Erreger ‚anwesend‘ ist.“ Im Vordergrund steht für die Wissenschafter, die in den Proben enthaltene Keim-DNA so früh wie möglich zu detektieren. Nöhammer: „Uns stehen für den Sensor-Chip spezifische Fängermoleküle für 23 bakterielle Erreger sowie zwei Pilzspezies zur Verfügung, die bereits mittels Fluoreszenztechnologie ausgiebig getestet wurden. Diese 25 Infektionserreger können wir innerhalb weniger Stunden in den Blutproben nachweisen. So kann der Patient frühzeitig mit dem optimalen Antibiotikum gezielt therapiert werden und der Einsatz von Breitband-Antibiotika, der für die ständig steigende Resistenzbildung verantwortlich ist, kann vermieden oder zumindest reduziert werden.“ Bereits im kommenden Jahr soll der Prototyp des Mini-Diagnoselabors fertig entwickelt werden. Als nächster wichtiger Schritt muss dann die Sensitivität des Lab-on-Chip-Systems unter realen, in der klinischen Anwendung gegebenen Bedingungen genauestens getestet und untersucht werden.

Quelle: Presseaussendung der Technischen Universität Wien

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