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03.01.13 / 15:50
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Minilabor beschleunigt Paro-Erregernachweis

Das Frauenhoferinstitut für Zelltherapie und Immunologie IZI in Leipzig hat eine neue Diagnostikplattform entwickelt, mit der sich die Krankheitserreger einer Parodontalerkrankung schneller nachweisen lassen.



Fraunhofer IZI

Unter dem Namen "ParoChip" haben Forscher vom Fraunhofer-Institut in Zusammenarbeit mit der BECIT GmbH und der Firma ERT-Optik ein Lab-on-a-Chip-Modul entwickelt, mit dem Zahnärzte und medizinische Labore künftig Proben schneller aufbereiten und die Keime anschließend analysieren können.

Sämtliche Arbeitsschritte – Vervielfältigung der DNA-Sequenzen und deren Detektion – laufen direkt auf der Plattform ab, die aus einer scheibenförmigen mikrofluidischen Karte besteht. Sie hat einen Durchmesser von etwa sechs Zentimetern. "Bislang dauert eine Analyse rund vier bis sechs Stunden. Mit ParoChip benötigt man weniger als 30 Minuten. Dadurch lassen sich in kurzer Zeit sehr viele Proben untersuchen", erklärt Dr. Dirk Kuhlmeier, Wissenschaftler am IZI.

Wie das IZI mitteilt, erfolgt die Analyse berührungsfrei und vollautomatisch: Nach der Probenentnahme mit sterilen, zahnstocherförmigen Papierspitzen werden die Bakterien von der Spitze gelöst und deren isolierte DNA in Reaktionskammern mit getrockneten Reagenzien injiziert. Auf jeder Karte befinden sich elf solcher Kammern – jeweils eine Kammer enthält das Reagenz für jeweils einen der elf parodontalpathogenen Erreger. In einer zusätzlichen Kammer erfolgt die Bestimmung der Gesamtkeimzahl.

Test liefert Daten zur Schwere der Entzündung und Gesamtzahl aller Keime

Dort erfolgt die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), eine Methode, um selbst geringste DNA-Sequenzen von Pathogenen millionenfach zu kopieren. Um die extrem schnellen Temperaturwechsel zu ermöglichen, die für die PCR erforderlich sind, wird der scheibenförmige Kunststoff-Chip auf einen Metallheizblock mit drei Temperaturbereichen gesteckt und mechanisch über diese Bereiche gedreht. Dabei entsteht ein Fluoreszenzsignal, das optisch gemessen werden kann. Der Clou nach Aussage der Wissenschaftler: Mithilfe des Signals lässt sich nicht nur die Quantifizierung jeder Keimart und somit die Schwere der Entzündung feststellen, sondern auch die Gesamtanzahl aller Keime, so dass der Zahnarzt die antibiotische Behandlung entsprechend abstimmen kann.

Technik wird vorerst nur in klinischen Laboren eingesetzt

"Da wir mit dem angeschlossenen optischen Messsystem Bakterien quantifizieren können, eignet sich ParoChip auch für den Nachweis von anderen Infektionserregern wie Sepsis- oder Lebensmittelkeimen", so Kuhlmeier. "Es entfallen viele manuelle Schritte, die bisher für Bakterientests erforderlich waren. Die Kunststoffscheiben lassen sich kostengünstig fertigen, nach dem Gebrauch kann man sie wie Einmalhandschuhe entsorgen", beschreibt der Forscher die Vorzüge der kleinen Diagnostikplattform, die bereits als Prototyp vorliegt. Sie soll zunächst in klinischen Laboren eingesetzt werden, realisierbar soll aber in Zukunft auch die Vor-Ort-Analyse der Patientenproben in Zahnarztpraxen sein.

Nur elf Spezies sind besonders gefährlich

Von den geschätzt rund 700 verschiedenen Bakterienspezies in der Mundhöhle sind nur elf als besonders parodontalpathogen bekannt, einige davon gelten als sehr stark krankheitserregend. Kommen diese Markerkeime in den Zahntaschen von Patienten vor, ist das Risiko einer schweren Form der Parodontitis hoch. Aufschluss hierüber kann jedoch nur ein Bakterientest geben. Das Problem: Bisherige Methoden zum Bestimmen der Erreger sind zeitaufwändig und nur in einem Auftragslabor möglich, da ein hoher apparativer Aufwand erforderlich ist, heißt es. Und: Der klassische Nachweis der Keime über ein Kulturverfahren birgt das Risiko, dass Keime absterben, sobald sie mit Sauerstoff in Verbindung kommen.


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