Kleinstes Labor der Welt: MRSA-Schnelltest via Lab-on-a-chip

Interview mit Norbert Kaspers, DNE microtechnology

MRSA stellt ein großes Problem für Krankenhäuser dar. Der Nachweis ist häufig sehr zeitaufwendig, da externe Labore beauftragt werden müssen, während Infektionen Patienten gefährden. Die Mikrofluidik könnte hier Abhilfe mit ihren Lab-on-a-chip-Systemen schaffen. Im Schnellverfahren werden damit MRSA und andere Erreger nachgewiesen.

01.02.2016

Norbert Kaspers; © DNE microtechnology

Norbert Kaspers; © DNE microtechnology

Der Lab-on-a-chip Test "bactoquick" ist eines dieser Systeme, mit dessen Hilfe MRSA innerhalb von nur einer Stunde nachgewiesen werden kann. Die Firma DNE microtechnology, die an der Entwicklung beteiligt ist, stellte den Prototypen auf der COMPAMED 2015 vor. Im Interview erläutert Norbert Kaspers, wie mikrofluidische Komponenten hier zusammenarbeiten.

Herr Kaspers, wie funktioniert die MRSA-Schnelltestung mit bactoquick in der Anwendung?

Kaspers: In Deutschland tragen etwa 25 Prozent der Risikopatienten den MRSA-Erreger. Nosokomiale Infektionen treten dabei hauptsächlich in Krankenhäusern auf. In den Niederlanden sind es lediglich drei Prozent. Jeder Patient, der dort in einem Krankenhaus aufgenommen wird, wird direkt auf MRSA getestet. In Deutschland wird eine Untersuchung nur durchgeführt, sofern ein akuter Verdacht besteht. Ein großes Problem ist dann der Zeitfaktor, den ein Labortest einnimmt, denn oft werden Proben in externe Labore geschickt.

Mit bactoquick sollen zukünftig Patienten schon bei der Aufnahme vor Ort getestet werden können. Dafür benötigt es einen Nasenabstrich. Die Probe wird direkt in das Lab-on-a-chip System gesteckt und im Analyzer platziert. Es braucht dann rund eine Stunde, um festzustellen, ob MRSA vorliegt oder nicht. Das hat den Vorteil, dass die Person bei einem positiven Befund direkt isoliert und entsprechend behandelt werden kann.

Foto: Ein Lab-on-a-chip System

Ein Lab-on-a-chip System besitzt die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors. Dieses wird auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat untergebracht; © DNE microtechnology

Mikrofluidische Komponenten sind ein wesentlicher Bestandteil von Lab-on-a-chip Systemen. Im Fall von bactoquick wurde dieser von DNE microtechnology entwickelt. Wie ist ein solches System aufgebaut?

Kaspers: Letztendlich müssen wir das nachempfinden, was auch im Labor passiert: Die Probe wird direkt in das Gerät eingeführt. Integrierte Kolben ermöglichen es, die Flüssigkeit aus dem Teststäbchen in eine Lysekammer zu schieben. Diese Kammer wird auf 92 Grad erhitzt, damit die Zellen zerplatzen. Wenn das geschehen ist, wird die aufbereitete Probe weiter in die Polymerase Chain Reaction (PCR)-Kammer geschoben. PCR dient der Vervielfältigung der DNA. In dieser Kammer sind bereits die passenden Reagenzien eingetrocknet, die sich dann durch Kontakt auflösen. Im Anschluss werden 30-40 Zyklen durchgeführt, um genug DNA anzureichern, die ausgewertet werden kann. Anschließend kommt die aufbereitete Probe in die Sensorkammer, in der sich bereits DNA-Fängermoleküle befinden. Wenn die PCR-Probe hineinfließt, heftet sich die gesuchte DNA an die Fängermoleküle. Alles andere wird weggespült. Mithilfe von Fluoreszenz wird dann sichtbar, ob die gesuchten DNA-Moleküle vorhanden sind.

Könnten mit bactoquick auch andere Bakterien nachgewiesen werden?

Kaspers: Das Kunststoffteil, also der mikrofluidische Chip, bleibt im Prinzip immer gleich. Es werden jedoch andere Reagenzien und Fängermoleküle benötigt. Somit könnte jede Zelle nachgewiesen werden, weil das Grundprinzip darin besteht, die entsprechende DNA der gesuchten Zelle zu vermehren. Das System wäre somit einfach umzustellen auf HPV, Hepatitis-E oder Ebola und sowohl zeitlich und als auch organisatorisch im Krankenhaus umsetzbar.

Foto: batoquick/Arzt entnimmt Speichelprobe bei einer Frau

Die Speichelprobe wird an Ort und Stelle in das Gerät eingeführt und innerhalb von einer Stunde ausgewertet; © DNE microtechnology/panthermedia.net/imagepointfr

Wohin wird sich die Mikrofluidik im Bereich Medizintechnik zukünftig entwickeln?

Kaspers: Ein großes Problem der Lab-on-a-chip Systeme ist definitiv der Preis. Labortests sind kostengünstig. Auch aufwendige Testungen können hier durchgeführt werden. Der Point-of-care Test hat den Vorteil, dass die Testung direkt am Patienten stattfindet. Auf dem Teststreifen können allerdings nur bedingt viele chemische Reaktionen oder Reagenzien abgespeichert werden. Labortests machen aktuell einen Umsatz von 80 Milliarden Euro im Jahr, Point-of-care Tests rund 10 Milliarden und Lab-on-a-chip Systeme 200 Millionen. Letztere wachsen mit durchschnittlich 30 Prozent pro Jahr sehr schnell. Lab-on-a-chip Tests müssen also zunächst bezahlbar gemacht werden. Daran arbeiten wir bei DNE.

Die aktuellen technischen Entwicklungen von Lab-on-a-chip Systemen liegen im Bereich der Biochemie. Das nächste große Projekt ist sicherlich die Krebsfrüherkennung mittels eines einzigen Blutstropfens. Lediglich aus dieser Blutuntersuchung ließe sich dann schon abschätzen, ob es sich um Lungenkrebs oder eine andere Krebsart handelt. Ich könnte mir vorstellen, wenn es sich um einen guten Test handelt, die Untersuchung in regelmäßigen Abständen zu wiederholen, um frühzeitig zu erkennen, ob sich Krebs entwickelt.

Wann wird Bactoquick auf dem Markt erhältlich sein?

Kaspers: An dem Gerät arbeiten drei Unternehmen: die Firma hgTECC, die Hochschule Bremerhaven und DNE microtechnology. Die Hochschule Bremerhaven arbeitet aktuell an biochemischen Prozessen, die relevant sind. Die Firma hgTECC entwickelt einen Analyzer und wir von DNE müssen das Lab-on-a-chip auf eine Größe bringen, die entsprechend kostengünstig hergestellt werden kann.

Während der COMPAMED 2015 selbst haben wir um die 20 vielversprechende Kontakte geknüpft, die Interesse an bactoquick zeigten. Daraus haben sich einige gute und wichtige Kontakte gebildet, die wir in den nächsten Wochen besuchen werden. Die Kontakte wären die richtigen Firmen, um das Produkt auf den Markt zu bringen.

Foto: Melanie Günther; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Melanie Günther.
COMPAMED.de