ChamPArray

Bei Infektionen, etwa im Bereich der Harnwege, werden häufig Standard-Antibiotika verordnet. Sie bleiben jedoch wirkungslos, wenn die Krankheitserreger Resistenzen entwickelt haben. Tests darauf sind zeit- und kostenintensiv, weshalb sie oft unterbleiben. In diesem Projekt wird ein anwenderfreundliches Testsystem entwickelt, das dem Arzt eine schnelle, patientennahe Diagnostik ohne den Umweg über ein Labor ermöglicht. Antibiotikaresistente Keime sollen auf DNA-Ebene mit einem mikrofluidischen Lab-on-a-Chip-System detektiert werden und zwar ohne vorherige Amplifikation und Markierung der DNA mittels PCR.

Schnelle und genaue Diagnosen - direkt beim Arzt!

Bakteriell verursachte Harnwegsinfekte zählen zu den häufigsten Infektionserkrankungen. Ärzte verzichten hier oftmals auf eine mikrobiologische Diagnostik, weil diese noch immer sehr zeit- und kostenintensiv ist, und verordnen stattdessen Standard-Antibiotika. Da die Erreger gegen diese Therapeutika zunehmend Resistenzen entwickeln, sind diese Therapien jedoch immer öfter unwirksam. Wenn sich durch einen an sich harmlosen Harnwegsinfekt infolge einer unwirksamen Behandlung eine ernsthafte und schmerzhafte Nierenbeckenentzündung entwickelt, kann dies sogar einen stationären Krankenhausaufenthalt erforderlich machen. Die Kosten für das Gesundheitssystem betragen in diesen Fällen ein Vielfaches der üblichen Kosten eines Harnwegsinfekts.

Aus Zeit- und Kostengründen auf eine mikrobiologische Diagnostik verzichten zu müssen, könnte in wenigen Jahren der Vergangenheit angehören. Weltweit sind Entwickler dabei, handliche Analysegeräte zu entwickeln, mit deren Hilfe Krankheiten schnell, genau und preiswert diagnostiziert werden können. Zum Nachweis bakterieller oder viraler Krankheitserreger wird oft deren Erbsubstanz herangezogen, die in Teilen sehr spezifisch ist und eine eindeutige Zuordnung zulässt. Die Unterschiede sind ausgesprochen schwierig nachzuweisen, da sie auf molekularer Ebene vorliegen. Darüber hinaus handelt es sich bei den Erregern um winzige Bakterien, die möglichst frühzeitig entdeckt werden müssen, während die Anzahl nachweisbarer Keime noch sehr gering ist. Zum Nachweis nutzt man daher bislang häufig Strategien, die die relevanten Areale der Erbsubstanz gezielt vervielfältigen. Gleichzeitig werden diese Areale mit messbaren Markern versehen, die beispielsweise leuchten, sobald sie mit Licht bestrahlt werden. Diese Strategien sind wirkungsvoll, doch könnten Analysen enorm verkürzt werden, wenn man die Erbsubstanz direkt, ohne vorherige Vervielfältigung nachweisen könnte.

Dieses Ziel wird in dem Vorhaben ChamPArray angestrebt. Mit dem Channelmultidimensional-Particle-Array sollen Moleküle bakterieller Erbsubstanz in mikrofluidischen Kartuschensystemen schnell, hochsensitiv, jedoch ohne Vervielfältigungsschritte und damit auch markierungsfrei nachweisbar werden. Der Ansatz beruht auf einem partikelbasierten Hochdurchsatzverfahren, das kompatibel zu Mikrofluidikchips ist. Ein entscheidender Nachteil der konventionellen Mikro-Array-Technologie besteht in der langen Inkubationsdauer von bis zu zwölf Stunden. Weil zudem nur ein kleiner Teil der Liganden auch tatsächlich an Fängermoleküle auf dem Chip binden, ist die Sensitivität konventioneller Mikro-Arrays begrenzt. Diese gravierenden und prinzipiellen Nachteile der Mikroarray-Technologie sollen durch das ChamPArray überwunden werden.

Es handelt sich um ein wissenschaftliches Vorprojekt, das Potenzial für eine Nutzung in vielen tragbaren Diagnostiksystemen birgt.