Integriert in ein neues optisches Analysesystem können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT), Intensivmediziner des Universitätsklinikums Jena (UKJ/CSCC) und Partner aus der Industrie mit dem Sepsis-Chip mehrere Pilzerreger in Patientenproben parallel nachweisen und charakterisieren.
Eine Sepsis verläuft oft tödlich, wenn sie nicht früh erkannt und schnell behandelt wird. Eine Ursache für die lebensbedrohliche Sepsis ist eine Infektion durch krankheitserregende Keime, wie Bakterien oder bestimmte Pilze. Besonders Krankenhauspatienten mit geschwächtem Immunsystem, wie leukämiekranke Krebspatienten nach einer Chemotherapie und Menschen nach einer Organ- oder Knochenmark-Transplantation, erkranken an einer Pilzsepsis. Um schnell das richtige Medikament, ein Antimykotikum, zu verabreichen, muss der Pilz zunächst identifiziert werden. Das dauert zum Teil mehrere Tage, da der Pilz aus Körpergewebe oder Blut extrahiert und in einer Nährkultur vermehrt werden muss. Eine schnellere Diagnose der Sepsis ist durch molekularbiologische Methoden möglich, bei denen die Pilz-DNA in der Probe vervielfältigt wird. Diese Diagnostik verspricht die höchste Erfolgswahrscheinlichkeit, kann aber nicht alle Pilzarten in einem Nachweisschritt detektieren.
Neue molekularbiologische Technik
Das ImSpec-Projekt (Imaging Spektrometer zur parallelen Auslesung eines ultrasensitiven plasmonischen Microarrays zur vor-Ort-Analytik von DNA/RNA) setzt auf eine neue molekularbiologische Technik, mit der mehrere sepsisrelevante Pilze parallel nachgewiesen werden können. Das am Leibniz-IPHT entwickelte markierungsfreie Verfahren basiert auf einem mikrofluidischen Chip, auf dem Gold-Nanopartikel mit funktionalisierter Oberfläche in Form eines Mikroarrays angeordnet sind. Die isolierte Erreger-DNA wird durch den Chip geleitet und bindet spezifisch an die Oberfläche der Goldpartikel an, die daraufhin ihre optischen Eigenschaften verändern.
In enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurde der Chip in einen neuartigen, kompakten und kostengünstigen bildgebenden Spektrometeraufbau (bestehend aus fluidischer Chipkammer, Kamera, Lichtquelle und Interferometer) integriert. Anders als bei bisherigen Verfahren erfasst das System die Spektren von bis zu 50 Punkten auf dem Mikroarray zeitgleich. Die parallele optische Datenerfassung ermöglicht eine schnellere Diagnostik als aktuelle Kulturverfahren es erlauben. Da das bildgebende Spektrometer ohne zusätzliches Mikroskop arbeitet, werden die vier Hauptarten der Pilzerreger technisch einfacher und damit kostengünstiger nachgewiesen.
Bisher ist das neue Analysesystem zum Nachweis der sepsiserregenden Pilze als Versuchsaufbau im Labor im Einsatz. Um zu einem marktfähigen, portablen Gerät für die Sepsisdiagnostik zu gelangen, sind weitere Entwicklungsarbeit und umfangreiche klinische Studien nötig.
Zahlreiche Partner
Partner des ImSpec-Projektes sind die SIOS Messtechnik GmbH Jena, das Leibniz-IPHT, die ABS GmbH, die Nanopartica GmbH, die Moldiax GmbH und das Center for Sepsis Control and Care (CSCC) des UKJ. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte den Forschungsverbund im Rahmen des Programmes „Photonik Forschung Deutschland“ mit rund 1,2 Millionen Euro über einen Zeitraum von drei Jahren. (idw, red)
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