Point-of-Care Tests: von der Scheibe zur Diagnose

Interview mit Dr. Konstantinos Mitsakakis, Koordinator des EU-Projekts DiscoGnosis, Institut für Mikrosystemtechnik - IMTEK, Universität Freiburg

Einfache Lösungen für schnelle Ergebnisse sind ein großer Gewinn für die Medizin: Patienten erhalten Diagnosen früher und Ärzte haben mehr Zeit, diese richtig zu behandeln. Solche Werkzeuge arbeiten ohne aufwendige Ressourcen und geschultes Personal. Ein von der Europäischen Kommission finanziertes Projekt könnte all das für Point-of-Care Tests bei Infektionskrankrankheiten ermöglichen.

22.02.2016

Foto: Lächelnder junger Mann mit Brille und dunklen Haaren - Dr. Mitsakakis Konstantinos; Copyright: IMTEK & Hahn-Schickard

Dr. Mitsakakis Konstantinos; ©IMTEK & Hahn-Schickard

Dr. Konstantinos Mitsakakis sprach mit MEDICA.de über einen scheibenförmigen Point-of-Care Test, wie man eine Laboranalyse auf die Größe einer CD schrumpfen kann und was dies für die Patienten leistet.

Dr. Mitsakakis, wir sprechen über die sogenannte LabDisk, die im Rahmen des EU Projektes DiscoGnosis entwickelt wird. Welches Problem soll dieses Gerät überhaupt in Angriff nehmen?

Dr. Konstantinos Mitsakakis: Der Test ist ein Diagnosewerkzeug, um den Erreger eines Fiebers zu identifizieren und dem Arzt Hinweise auf die geeignete Behandlung zu geben. Dies geschieht, indem wir das genetische Profil des Pathogens analysieren. Das Spektrum der möglichen Analysen umfasst Malaria, Dengue, Salmonellen und Lungenentzündungen. Es kann je nach Anforderung der endemischen oder epidemischen Situation erweitert werden.

Malaria beispielsweise verursacht Fieber. Jedoch können auch andere Infektionen dasselbe Symptom verursachen, aber einen anderen pathogenen Ursprung haben: Viren oder Bakterien zum Beispiel. Diese Infektionen machen also eine andere Behandlung erforderlich. Ärzte, die nur die klinischen Symptome von Fieber betrachten, können zu einer falschen Schlussfolgerung gelangen und somit die falsche Behandlung wählen.

Das verursacht zwei Hauptprobleme: Erstens ist die Patientensterblichkeit bei der falschen Behandlung höher. Außerdem kann die Auswahl von generalisierten antimikrobiellen Wirkstoffen anstelle von spezialisierten zu einer erhöhten Resistenz der Pathogene führen.

Wie funktioniert die Analyse?

Mitsakakis: Unser Test integriert im Grunde alle relevanten Schritte, um einen Krankheitserreger im Labor zu analysieren, auf einer Scheibe von der Größe einer CD. Normalerweise würde die Analyse in einem mikrobiologischen Labor spezielle Pufferflüssigkeiten erfordern, um die DNA des Erregers aus einer Probe zu extrahieren. Vorher müsste die Reinigung und Amplifikation der DNA erfolgen, um sie aufzuspüren. Alle diese Aufgaben sind zeitaufwendig, wenn man sie mit der Hand durchführt, und sie würden eine Menge von Reagenzien verbrauchen. Außerdem müsste geschultes Personal sie durchführen.

Unsere LabDisk automatisiert diese Schritte. Die Scheibe enthält mikrofluidische Kammern und Kanäle für die Handhabung der Flüssigkeiten und gespeicherte Reagenzien, um die biochemische Analyse durchzuführen. Wir müssen nur eine kleine Blutprobe hinzufügen, einen Knopf drücken und darauf warten, dass die Ergebnisse angezeigt werden.

Außerdem ist die Zeit, bis wir das Ergebnis erhalten, sehr kurz. Standard-Kultivierungsverfahren brauchen gewöhnlich zwei bis drei Tage. Bei uns dauert es zurzeit ein bis zwei Stunden. Das ist zwar schon sehr schnell, aber ich denke, dass es durch ein paar technische Optimierungen, die wir aktuell testen, noch schneller werden kann.

Steckt eine spezielle Idee hinter der Scheibenform?

Mitsakakis: Das System wird durch die Zentrifugalkraft angetrieben, das heißt durch die Rotation der Scheibe in verschiedenen Frequenzen. Wir vermeiden so einige typische Probleme, die in druckgetriebenen Mikrofluidik-Plattformen vorkommen, wie Mikroblasen oder Verstopfung der fluidischen Mikrokanäle. Der Test funktioniert auch ohne Pumpen oder Ventile. Die Plattform arbeitet modular, was bedeutet, dass ihre Komponenten wie Puzzleteile verbunden sind. Deshalb kann es an die Bedürfnisse der Endnutzer angepasst werden, zum Beispiel durch eine schnelle Änderung der durchzuführenden Analyse.

Foto: Forscher betrachtet mikrofluidische LabDisc; Copyright: Hahn-Schickard/Bernd Müller Fotografie

Die LabDisc enthält mikrofluidische Kammern und Kanäle für die Handhabung von Flüssigkeiten und gespeicherte Reagenzien, um biochemische Analysen durchzuführen; ©Hahn-Schickard/ Bernd Müller Fotografie

Können sie schätzen, wie teuer der Test sein wird?

Mitsakakis: Wenn wir davon ausgehen, dass ein paar hunderttausend Scheiben produziert werden, was eine angemessene Menge für die Anzahl der Patienten ist, die einen solchen Test benötigen, würden der Kunststoff der Scheibe und die Reagenzien nicht mehr als acht bis zehn Euro pro Stück kosten. Zwar gibt es Malariatests, die einen Euro oder weniger kosten, jedoch erkennen diese eben nur Malaria. Das würde im Falle eines negativen Tests weitere kostenaufwendige Maßnahmen für die Mediziner mit sich bringen, um die Ursache des Fiebers zu ermitteln. Die Vielseitigkeit unseres Tests ermöglicht es, nach verschiedenen Krankheiten innerhalb eines Anlaufs zu suchen. Das rechtfertigt seinen Preis. Das Lesegerät ist derzeit noch ein Prototyp. Wenn wir aber annehmen, dass wir rund 1000 davon pro Jahr produzieren, wird es nicht mehr als 5000 bis 7000 Euro pro Stück kosten.

Wird eine besondere Schulung benötigt, um es zu nutzen?

Mitsakakis: Ich denke, ein Tag Training sollte genügen, um damit umgehen zu können. Das Interface wird ganz intuitiv sein und den Nutzer durch sämtliche Schritte der Analyse führen. Auch die Ergebnisse werden klar dargestellt werden. Das Training wird nur für die Handhabung der Scheibe und zum Einsetzen der Probe benötigt.

Wie weit sind Sie mit der Erprobung?

Mitsakakis: Der Abschluss des Projektes ist für Ende April geplant. Bis dahin haben wir einige Pläne, das Gerät im Feld zu testen. Zurzeit arbeiten wir mit dem Institut Pasteur in Dakar, Senegal, zusammen. Außerdem gibt es Partner, die Standorte im Sudan und Kongo vorbereiten, indem sie Proben einsammeln und eine Biobank aufbauen. Zusätzlich suchen wir noch nach weiteren Standorten, die mit uns an der Validierung des Tests arbeiten möchten.

Wir evaluieren die isothermen Amplifikationsverfahren, derzeit noch im Labor, mit hundert Patientenproben aus dem Kongo. Der nächste Schritt wird es sein, sie auf der Schreibe zu testen. Wir suchen auch nach Möglichkeiten, Biobank-Proben, die schon mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) untersucht worden sind, als Referenz zu verwenden.

Wir feilen derzeit an der Mikrofluidik, um eine höhere Empfindlichkeit durch die Verbesserung der DNA-Extraktions- und -Reinigungsverfahren zu erreichen. Einer unserer Partner testet die Langzeitstabilität einiger Reagenzien in Regionen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Er erreicht vielversprechende Ergebnisse.

Wie wollen Sie die Arbeit am Projekt weiterführen?

Mitsakakis: Wir suchen derzeit noch nach einer Anschlussfinanzierung, um das Projekt über April hinaus fortzusetzen. Aber auch ohne diese Finanzierung haben sich alle unsere Partner motiviert gezeigt, die Arbeit auch mit ihren eigenen Mitteln für einige klinische Tests im Feld weiterzuführen.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Timo Roth.
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