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"Das Risiko der Patienten an einer Sepsis zu versterben steigt, je länger die Diagnose dauert“

Thema des Monats Februar: Neue diagnostische Verfahren

 
 

"Das Risiko der Patienten an einer Sepsis zu versterben steigt, je länger die Diagnose dauert“

Foto: Lächelnder Mann mit blauer Brille

Doktor Dirk Kuhlmeier;
© Fraunhofer IZI

Diese recht eingängige Beschreibung lässt ahnen was mit den Patienten passiert, deren Sepsis nicht rechtzeitig erkannt und behandelt wird – sie befinden sich innerhalb kürzester Zeit in Lebensgefahr.

Ziel der Forschung ist es deshalb, bessere und schnellere Diagnostikmethoden für eine Sepsis zu finden. In diesem Bereich forscht auch Doktor Dirk Kuhlmeier vom Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI. Welche Wege er und sein Team gehen, hat er MEDICA.de genau erklärt.





MEDICA.de: Wie wird eine Sepsis derzeit diagnostiziert?

Dirk Kuhlmeier: Man verwendet für die Diagnose Blutkulturen. Wenn ein Verdacht auf eine Sepsis vorliegt, empfehlen die Leitlinien der Deutschen Sepsis Gesellschaft eine Blutkultur an verschiedenen Stellen des Körpers zu entnehmen. Den darin befindlichen Erreger kultiviert man im Labor, um ihn später genau bestimmen zu können. Sobald man weiß, um welchen Erreger es sich handelt, prüft man darüber hinaus, ob eine eventuelle Antibiotikaresistenz bekannt ist. Zwar gibt der Mediziner in der Regel (Breitband-)Antibiotika, sobald der Verdacht auf eine Sepsis besteht – doch im ersten Moment handelt man im Blindflug, weil man nicht immer mit Sicherheit sagen kann, ob es tatsächlich eine Sepsis ist! Und selbst wenn richtigerweise eine Sepsis vermutet wird und Blutkulturen angelegt werden, kann es bis zu 48 Stunden dauern, bis eine Bestimmung möglich ist. Das ist für manche Patienten jedoch zu spät.

Darüber hinaus sind besonders Pilze schwer zu kultivieren und es gibt vielfach sogar Erreger, die gar nicht zu kultivieren sind – Erreger, die initial an der Entstehung einer Sepsis beteiligt, aber nicht über eine Blutkultur nachgewiesen werden können. Dies sind Schwierigkeiten, die uns hier am Fraunhofer Institut dazu bewogen haben, nach einer schnelleren Methodik zu suchen, um eine Sepsis zu diagnostizieren. Denn das Risiko der Patienten an einer Sepsis zu versterben steigt, je länger die Diagnose beziehungsweise die Bestimmung des Erregers dauert.

MEDICA.de: Welchen Ansatz verfolgen Sie?

Kuhlmeier: Wir setzen auf Methoden, die keine Kultivierungsschritte beinhalten, sondern molekularbiologische Methoden wie die PCR, die Polymerase-Kettenreaktion, mit der kleinste Spuren von Bakterien oder Pilzen nachgewiesen werden können – in einem großen Hintergrund humaner DNA. Dafür benötigen wir eine Blutprobe des Patienten, in die wir magnetische Mikropartikel geben, die mit bestimmten Fängermolekülen beschichtet sind. Diese sind ganz spezifisch für bestimmte Bakterien oder Pilze. Wir verwenden dabei Peptide, die nicht nur ein Bakterium erkennen, sondern optimalerweise ein breites Spektrum Bakterien beziehungsweise Pilze binden.

 
 
Foto: Junge Frau hält blaue Plastikkarte in den Händen

Prototyp des Lab-on-a-Chip, auf der die magnetischen Nanopartikel die Pathogen-DNA in die Detektionskammern leiten;© Fraunhofer IZI, 2011

Die Peptide fangen somit die pathogenen Keime, die nach einer geringen Inkubationszeit über einen Magneten isoliert und auf ein Lab-on-a-Chip-System überführt wird. Auf diesem werden die magnetischen Partikel zusammen mit den pathogenen Erregern durch verschiedene funktionelle Mikrokammern geführt.

In diesen Mikrokammern laufen gezielte Schritte ab, die notwendig sind für die molekularbiologische Analyse, wie zum Beispiel die PCR, die auf der Oberfläche der magnetischen Partikel realisiert wird. Auf dem sogenannten magneto-resistiven Detektionschip haben wir ein DNA-Array mit insgesamt 128 Positionen integriert. Wir können also theoretisch 128 verschiedene Positionen mit Fängermolekülen belegen, also zum Beispiel für E. coli oder Candida albicans und so weiter. Auf dem Chip findet dann eine elektrische Widerstandsmessung statt und gibt schließlich das Signal, dass zum Beispiel ein E. coli gefunden wurde – diese Information erhält dann der Arzt.

 
 
Foto: Prototyp des Auslesegerätes

Die Karte wird nach der Blutaufnahme in ein Auslesegerät gesteckt; © Fraunhofer IZM, 2011

MEDICA.de: Der Arzt gibt also etwas Blut auf eine Karte, steckt sie auf ein Auslesegerät und erhält die gewünschte Information?

Kuhlmeier: Unser Ziel ist es, ein Blutentnahmeröhrchen zu entwickeln, das mit magnetischen Partikeln vorversetzt ist, also die Fängermoleküle enthält. Das gefüllte Röhrchen inkubiert man und steckt es dann auf das Lab-on-a-chip-System, welches wiederum in ein Auslesegerät gesteckt wird. Im optimalen Fall drückt man dann nur noch einen Knopf und die Überprüfung der Probe beginnt. Nach ungefähr 60 Minuten – dieses Zeitfenster haben wir uns zum Ziel gesetzt – erfolgt die Analyse auf der Karte und der Nutzer erhält eine Anzeige mit der Information, um welchen Erreger es sich handelt und welche Antibiotikaresistenzen vorliegen. Das ist unser Ziel – ein einfaches und schnelles Verfahren für den klinischen Alltag zu entwickeln.

MEDICA.de: Wann werden Sie das Projektziel eines Prototypen erreichen können?

Kuhlmeier: Wir hoffen 2013 einen Prototypen entwickelt zu haben, mit dem wir Proof of Concept demonstrieren können. Zunächst fokussieren wir uns dabei auf einen bestimmten Pilz und ein grampositives beziehungsweise -negatives Bakterium. Der nachfolgende Schritt in einem weiteren Projekt wäre dann sicherlich möglichst viele Erreger, die bei einer Sepsis eine Rolle spielen, mit dem Chip erkennen zu können.


Das Interview führte Simone Ernst.

MEDICA.de

 
 

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