Mit dem Ziel, die Sterblichkeitsrate bei Sepsis um mehr als 70 % zu senken, hat ein Team europäischer Wissenschaftler einen Microarray-Detektor entwickelt, der eine winzige Blutprobe verwendet und in weniger als 30 Minuten Ergebnisse liefert. Derzeitige Verfahren zur Erkennung von Sepsis können Stunden oder sogar Tage dauern, bis die Ergebnisse und die Diagnose vorliegen.

Der Detektor ist auf den Nachweis von Proteinen und E. coli programmiert, einem der tödlichen Bakterien, die im menschlichen Körper einen septischen Schock auslösen können, und sucht dann mit Hilfe von Licht nach spezifischen Biomarkern (den verräterischen Anzeichen oder einem Indikator für eine Krankheit), die nur wenige Nanometer groß sind.

Der schnelle Microarray-Detektor untersucht eine kleine Blutprobe, die aus einem Daumen oder Zeigefinger entnommen wird. Die Blutprobe des Patienten wird dann in einer Zentrifuge aufgetrennt, so dass ein Arzt das Plasma untersuchen kann, den Teil der Blutprobe, in dem alle Proteine enthalten sind.

„Die optische Auslesung der Probe kann in einer Minute abgeschlossen werden, so dass wir von Anfang bis Ende in 30 Minuten Ergebnisse liefern können“, sagt Projektkoordinator Roland Terborg. „Das ist viel schneller als die derzeit verwendeten Methoden. Bei einer Krankheit wie der Sepsis, bei der Zeit ein entscheidender Faktor ist, könnte dieses Gerät jedes Jahr Tausende von Todesfällen verhindern, die leicht hätten vermieden werden können.“

Das im Rahmen des Projekts „Scalable point-of-care and label-free microarray platform for rapid detection of Sepsis“ (RAIS) entwickelte Projekt wurde vom Institut für Photonische Wissenschaften (ICFO; Barcelona, Spanien) koordiniert und ist eine Erfolgsgeschichte für die Photonics Public Private Partnership.

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Der Sepsis-Detektor nutzt Photonik, um eine klare und genaue Diagnose zu stellen. Die Plasmaprobe fließt über ein Microarray, eine Sammlung winziger Punkte mit spezifischen Antikörpern auf einem nanostrukturierten Goldobjektträger. Zwei Lichtstrahlen werden dann durch das gesamte Microarray geschossen, wobei einer durch die Probe und der andere durch den durchsichtigen Teil des Objektträgers geht, der als Referenz dient. Die Strahlen, die durch den Biomarker und den klaren Teil des Objektträgers gehen, werden dann auf Veränderungen in der Intensität überprüft.

„Je nach Menge und Art des Biomarkers, der an jeden Antikörper gebunden ist, erhalten wir ein einzigartiges Bild: ein Signaturmuster, wenn Sie so wollen“, erklärt Terborg. „Die Bildmuster verraten uns, was in der Plasmaprobe vorhanden ist, die wir dann mit einem CMOS-Sensor aufzeichnen – der gleichen Technologie, die in einer Digitalkamera verwendet wird, die Licht in Elektronen umwandelt.“

Durch die schnelle Erkennung von Sepsis könnte das Gesundheitssystem mehrere zehn Milliarden Euro pro Jahr einsparen, da sich die Zahl der Krankenhausaufenthalte verringert und der unnötige Einsatz von Medikamenten und die damit verbundenen Versicherungskosten reduziert werden. Das Gerät könnte auch für andere Arten von Krankheits-Screenings oder gleichzeitigen Mehrfachdiagnosen eingesetzt werden, insbesondere für solche, die eine schnelle Erkennung einer großen Anzahl biochemischer Ziele (mehr als 1 Million) auf einem einzigen Microarray erfordern.

Präklinische Versuche wurden bereits am Universitätsklinikum Vall d’Hebron (ebenfalls in Barcelona) begonnen, wo das Gerät seit 2018 in Betrieb ist. Klinische Versuche werden voraussichtlich Ende 2019 stattfinden.

Weitere Informationen finden Sie unter photonics21.org.