Abgeschlossenes Projekt: Nanosensoren beschleunigen die Diagnose entscheidend
Forschende der Universität Basel haben eine Methode entwickelt, welche die Diagnose von Antibiotikaresistenzen beschleunigt – und dabei äusserst zuverlässige Resultate liefert.
Acht hintereinander angeordnete nanomechanische Federbalken, die mit verschiedenen Biomarkern beschichtet sind (Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme, ©Universität Basel, Schweiz).
Für die Therapie von Infektionen mit multiresistenten Bakterien ist es zentral, die Erreger und die Art der Resistenzen genau zu identifizieren. Herkömmliche Methoden, welche heute routinemässig für diese Diagnostik eingesetzt werden, benötigen dafür relativ grosse Mengen an Bakterien, die zunächst aus von Patientinnen und Patienten entnommenen Proben vermehrt werden. Je nach Erreger dauert es bis zu 72 Stunden, bis eine für die Diagnostik genügende Menge Bakterien zur Verfügung steht. Damit geht wertvolle Zeit für die Behandlung verloren. Und oft sehen sich Ärztinnen und Ärzte gezwungen, bereits vor Erhalt von klaren Resultaten Antibiotika sozusagen aufs Geratewohl einzusetzen. Das aber fördert die Entstehung von Resistenzen.
Sensoren binden Resistenzgene
Ernst Meyer und sein Team von der Universität Basel haben nun mit einer in diesem Bereich gänzlich neuen Technologie ein deutlich schnelleres Verfahren entwickelt. Dieses verwendet mikroskopisch kleine Sensoren (nanomechanische Federbalken), die mit verschiedenen Biomarkern beschichtet werden. Diese Marker entsprechen genau der Form, an die jeweils einzelne, ganz bestimmte genetische Sequenzen eines Bakteriums binden. Sie können somit darauf ausgelegt werden, gezielt Sequenzen zu binden, die für unterschiedliche Resistenzen verantwortlich sind. Bringt man eine bakterielle Probe, in der die entsprechende Sequenz vorhanden ist, in Kontakt mit einem Nanosensor, ändert sich dessen Oberflächenspannung messbar. Das heisst, es wird angezeigt, wenn ein Erreger eine bestimmte Resistenz aufweist.
Ebenso schnelle wie zuverlässige Resultate
Der grosse Vorteil der Methode liegt darin, dass es keine Vermehrung von Bakterien braucht, um verlässliche Resultate zu erhalten. Vielmehr reichen bereits RNA-Proben, die direkt aus Bakterien isoliert werden. Die Forschenden um Ernst Meyer haben nun Sensoren entwickelt, die verschiedene häufig vorkommende Vancomycin-Resistenzgene binden. Ihre Methode hat dabei in einer ausführlichen Testreihe diese Resistenzen genauso zuverlässig erkannt wie die aktuell gebräuchlichen Tests, dies jedoch mit einer Verarbeitungszeit von der Probeentnahme bis zum Resultat von weniger als einer Stunde. Sie beschleunigt damit die Diagnose entscheidend.
Umfangreiche Resistenztests sind möglich
Der entwickelte Prototyp ist allerdings noch nicht in der Praxis einsetzbar, da er nur mit grosser technischer Expertise bedient werden kann. Doch angesichts der hohen Genauigkeit und Geschwindigkeit der Methode, aber auch aufgrund der vergleichsweise günstigen Materialien, soll sie nun weiter entwickelt und in der Bedienung vereinfacht werden. Ebenso weiten sie Meyer und sein Team auf weitere Resistenzarten aus. Mit mehreren hintereinander geschalteten Sensoren lassen sich in kürzester Zeit umfangreiche Resistenztests durchführen. In einem nächsten Schritt konzentrieren sich die Forschenden dabei auf die Diagnostik bei einer Sepsis, da hierbei die schnelle Kenntnis einer Antibiotikaresistenz besonders wichtig ist und über Leben und Tod entscheiden kann.
Stand: Februar 2022