23.03.2018

Schnelltest für sichere Therapie

Lichtbasierte Diagnostik sorgt für enorme Beschleunigung bei Suche nach passenden Antibiotika.

Multiresistente Keime sind eine wachsende Bedrohung. Der massenhafte und häufig unnötige Einsatz von Antibiotika führt dazu, dass immer mehr Erreger gegenüber Medikamenten unempfindlich sind. Bisher gut behandelbare Infektionen können lebens­bedrohlich verlaufen. Ein neuartiger Schnell­test gibt innerhalb von drei­einhalb Stunden Auskunft darüber, welches verfügbare Anti­biotikum im konkreten Fall noch wirksam ist. Eine schnellere Diagnostik ermöglicht eine personalisierte Therapie und rettet Leben. Eine gezielte, sparsame und verantwortungs­volle Verwendung von (Breit­spektrum- und Reserve-)Antibiotika ist Voraus­setzung, um die Verbreitung von Resistenzen einzudämmen.

Abb.: Chip zur schnellen Bestimmung von Antibiotika-Resistenzen und Mindesthemmkonzentration (Bild: S. Döring / IPHT)

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), des Center for Sepsis Control and Care des Jenaer Universitäts­klinikums und der Friedrich-Schiller-Universität Jena arbeiten an einer schnellen, kosten­günstigen Alternative zur bislang zeit­intensiven mikro­biologischen Erreger­diagnostik. „Wir kombinieren licht­basierte Analyse­methoden mit mikro­fluidischer Proben­prozessierung. Mit unserem Lab-on-a-Chip-System, also einem miniaturisierten Labor, können wir Bakterien­stämme und deren Resistenzen in weniger als drei­einhalb Stunden eindeutig bestimmen," erläutert Projekt­leiterin Ute Neugebauer den Vorteil des neuen Ansatzes.

Standardverfahren für die Infektions­diagnostik benötigen mitunter 72 Stunden, bis ein verlässliches Ergebnis vorliegt. Dies liegt unter anderem daran, dass die Anzahl der Erreger in einer Patienten­probe viel zu gering ist, um Tests durch­führen zu können. Erst nach einer zeit­raubenden Kultivierung ist eine Analyse möglich. Vor allem in der klinischen Anwendung, bei der Behandlung von schweren Infektionen, z.B. bei einer Sepsis, ist Zeit ein entscheidender Faktor.

Intensiv­mediziner stehen vor einem besorgnis­erregenden Dilemma: „Viel zu oft müssen wir ‚blind' mit Breitspektrum­antibiotika behandeln, da wir zunächst weder den Erreger noch eventuell vorhandene Resistenzen bestimmen können. Daher schießen wir unter Umständen mit Kanonen auf Spatzen. Ein Teufels­kreis, der das Entstehen neuer Resistenzen begünstigt", erläutert Michael Bauer, Direktor der Klinik für Anästhesiologie und Intensiv­medizin am Universitäts­klinikum Jena.

Eine deutlich schnellere Diagnose als Grundlage für eine verlässliche Therapie­entscheidung liefert das neue Verfahren aus Jena. Ute Neugebauer, die am Leibniz-IPHT und am Universitäts­klinikum Jena arbeitet, deutet auf winzige Elektroden, die auf der Oberfläche des etwa brief­marken­großen Chips angebracht sind: „Hier fixieren elektrische Felder die Bakterien in einem sehr kleinen Bereich." Dort gefangen, bringen die Jenaer Forscher die Erreger mit verschiedenen Antibiotika in unterschiedlichen Konzentrationen in Kontakt und untersuchen diese mit Hilfe der Raman-Spektroskopie. „Das heißt, wir bestrahlen die Erreger mit Laser­licht und werten das gestreute Licht­spektrum aus," beschreibt Neugebauer die Methode.

„Bereits nach zwei Stunden sehen wir eindeutige Veränderungen in den Raman-Spektren. Daraus lässt sich ableiten, ob der Stamm resistent oder sensibel ist," erklärt Jürgen Popp, Direktor des Leibniz-IPHT und Leiter des Instituts für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Zugleich erhalten wir Informationen darüber, wie hoch die Konzentration des Antibiotikums sein muss, um das Bakterien­wachstum vollständig zu hemmen. Das ist ein wichtiger diagnostischer Parameter, der den Erfolg der Behandlung entscheidend beeinflusst," so Popp weiter.

Die Kombination aus schneller, licht­basierter Diagnostik und einem hohen Automatisierungs­grad verkürzt die Zeit von der Proben­nahme bis zum Ergebnis von bisher 72 auf dreieinhalb Stunden. „Eine derart schnelles Verfahren könnte die Diagnostik von Infektions­krankheiten revolutionieren," ist sich Bettina Löffler, Direktorin des Instituts für Medizinische Mikro­biologie am Universitäts­klinikum Jena, sicher. Momentan arbeiten die Forscher an einer Plattform für den Einsatz in Kranken­häusern. Ein weiter in die Zukunft reichendes Ziel ist die Weiter­entwicklung zu einem kartuschen­basierten Schnell­test­system, das es erstmalig Haus­ärzten ermöglichen wird, die Resistenzen unkompliziert und schnell zu bestimmen. Damit hätten Mediziner ein mächtiges Werkzeug, welches sie bei der personalisierten Therapie­entscheidung, d.h. bei der Vergabe des passenden Medikaments unterstützt.

IPHT / DE

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