Lab-on-a-Chip-Entwicklung als Plattformtechnologie für Bakterien-Schnelltests am Beispiel von MRSA Entwicklung des Schnelltests ermöglicht vollautomatische Analysen von Tupferproben am Point of Care (POC) innerhalb einer Stunde. Weiterentwicklung des vom BMWi geförderten Prototypen geplant. Das Bakterium Staphylococcus aureus gehört zu den hauptsächlichen Erregern krankenhaus-bedingter und ambulanter Infektionen. Besonders die Methicillin- bzw. multiresistenten Stämme von S. aureus (MRSA) führen zu Problemen, da die Behandlung mit den gängigen Antibiotika aufgrund deren gebildeten Resistenzen nicht mehr möglich ist. Etwa 20 % der klinischen Isolate in Deutschland sind resistent. Ein hoher Prozentsatz der Erkrankungen führt zu einer Verlängerung der Behandlung des Patienten, oft verlaufen die Infektionen sogar tödlich. Dies führt zu erhöhten Behandlungskosten und einer psychischen wie physischen Belastung des Erkrankten. Eine frühzeitige Erkennung von Patienten mit MRSA wird als sicherste Methode zur Eindämmung der Gefährdung beurteilt. Die derzeit verbreiteten Untersuchungsmethoden benötigen fast immer ein externes Labor, in das die Patientenproben gesendet werden müssen, so dass selbst eine nur 2-stündige Untersuchung durch den Transport an den Ort der Analyse mindestens einen Tag dauert. Positive Ergebnisse müssen dabei in einer weiteren Untersuchung verifiziert werden, was die Quarantäne, sofern diese durchgeführt wird, unnötig verlängert. Die langwierigen und aufwendigen Analysen führen zu unzulänglichen Maßnahmen im Umgang mit resistenten Keimen, denn die hohen Kosten der Isolierung der Patienten bis zum Befund lassen die Krankenhäuser vor konsequentem Screening und MRSA-Management zurückschrecken. Ein Test mit dem hier vorliegenden Lab-on-a-Chip-Prototypen hat den entscheidenden Vorteil, dass er direkt bei der Aufnahme des Patienten im Krankenhaus gemacht werden kann. Noch bevor dem Patienten ein Zimmer zugewiesen wird, liegt der Befund vor. Es kann unmittelbar entschieden werden, ob eine Isolierung des Patienten notwendig ist. Die Kosten für den Test sind dabei so gering, dass jeder Patient getestet werden kann. Für die Krankenhäuser sind weitere Einsparungen möglich, wenn sie mehrere Patienten mit dem gleichen Typ der Resistenz in einem Zimmer isolieren können. Diese sog. Kohorten-Isolation MRSA-kolonisierter und -infizierter Patienten wird vom Bundesgesundheitsministerium explizit empfohlen, um die MRSA-Situation zu verbessern. Dazu ist die Unterscheidung der Mutationskassetten auf genomischer Ebene, i.d.R. mittels PCR (Polymerase-Ketten-Reaktion) notwendig, die derzeit in einem externen Labor in einem meist mehrstufigen Verfahren vorgenommen werden muss. Die zusätzlichen Kosten werden von den Krankenhäusern kaum investiert. Der neu entwickelte Chip soll diese Information ohne jeglichen Mehraufwand innerhalb von etwa einer Stunde bieten. DNE microtechnology Seite 1 von 2 Der Prototyp ist ein Chip im Postkarten-Format, der in ein Analysegerät gesteckt wird, in dem alle Reaktionsschritte vollautomatisch durchgeführt werden. Die Hands-on-time begrenzt sich damit auf wenige Minuten. Auf dem Chip werden Bakterien aus Nasen-Abstrichen direkt aus dem Tupfer lysiert und damit die DNA freigesetzt. MRSA- spezifische Abschnitte der DNA werden mittels PCR vervielfältigt und gleichzeitig mit einem Fluoreszenz-Farbstoff markiert. An typenspezifischen Sonden erfolgt im nächsten Schritt eine Hybridisierung. Nur relevante DNA-Abschnitte werden dabei an den komplementären Punkten auf dem Chip gebunden. Die Farbmarkierung der DNA, die sich an dem jeweils entsprechenden Punkt anreichert, kann mit einer integrierten Ausleseeinheit ausgewertet werden. Positiv- und Negativ-Kontrollen gewährleisten einen korrekten Verlauf der Analyse für jeden Reaktionsabschnitt. Durch die Kombination von spezifischer PCR und typenspezifischer Hybridisierung wird eine doppelte Ergebnis-Sicherheit erreicht. Das Ergebnis kann einfach vom Pflegepersonal abgelesen werden. Über geeignete Software-Schnittstellen können die Ergebnisse in Krankenhäusern und Gesundheitseinrichtungen verarbeitet und archiviert werden. Der Markt für die entwickelte Chip-Technologie des Schnellnachweises von MRSA inklusive Typisierung ist mit 17 Millionen Menschen, die in Deutschland jährlich vollstationär behandelt werden, mit großem Potential vorhanden. Hinzu kommen Anwendungen in der ambulanten Medizin, wie der zahnmedizinischen Versorgung und den ambulanten Pflegediensten. Altenheime mit Pflegestationen könnten die Gesundheitsgefährdung ihrer Bewohner durch MRSA-Screenings und Hygienemaßnahmen ebenfalls reduzieren und die Kosten und den Pflegeaufwand z.B. durch schlechtheilende Wunden verringern. Der Chip-basierte Schnelltest bietet direkt am ”Point of Care” einen Nachweis für MRSA-Bakterien, der vom Pflegepersonal einfach bedient und eindeutig interpretiert werden kann. Dies ist somit schneller und kostengünstiger als die derzeitigen Verfahren und Produkte. Durch die Information über die Mutationskassette besteht zusätzlich die Möglichkeit der Kohorten-Isolation. Bei geringen Ausgaben für das Patienten-Screening mit diesem neuartigen System ergeben sich für die Krankenhäuser und das gesamte Gesundheitssystem enorme Einsparungen gegenüber der heute sehr kostenintensiven Behandlung der Symptome. Da es sich um eine Plattform-Technologie handelt, kann der Chip durch eine einfache Änderung der biologischen Nachweis-Parameter zur Analyse anderer Bakterien verwendet werden. Außerdem können Kombinationen interessanter Bakterien nach Bedarf zusammengestellt und mit dem vorhandenen Analyser bearbeitet werden. Das Entwicklungsteam des Multidetektionssystems Bactoquick besteht aus der Hochschule Bremerhaven, der hgTECC Technology Consulting Murrhardt und der DNE microtechnology Schnaittenbach. Den Prototypen dieser Plattformtechnologie finden Sie auf der diesjährigen Compamed bei 2E mechatronic GmbH in Halle 8a, Stand H19. Norbert Kaspers DNE microtechnology 92253 Schnaittenbach Bergstrasse 10 [email protected] Tel: 09604 9099840 DNE microtechnology Seite 2 von 2
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