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Mini-Labor für die Diagnose von Infektionskrankheiten

Bei Infektionen des Blutes gestaltet sich der Nachweis des Infektionserregers oftmals als Wettlauf mit der Zeit. Dies gilt im Besonderen für die Sepsis (Blutvergiftung), die auf Intensivstationen oft tödlich verläuft. ElektrotechnikerInnen der Technischen Universität (TU) Wien gelang es den Diagnose-Prozess in Zusammenarbeit mit den Austrian Research Centers Seibersdorf durch ein neu entwickeltes, sparsames Miniaturlabor von mehreren Tagen auf wenige Stunden zu reduzieren. Eine unmittelbare und gezielte Therapie mit Verzicht auf Breitband-Antibiotika wird so möglich.

v.l.n.r.: Michael Vellekoop, Christa Nöhammer (ARC), Gabriel Hairer

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PCR-Kammer und Goldelektroden-Chip zur DNA Detektierung

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PCR-Kammer und Goldelektroden-Chip zur DNA Detektierung

PCR-Kammer und Goldelektroden-Chip zur DNA Detektierung

PCR-Kammer und Goldelektroden-Chip zur DNA Detektierung

Wien (TU). – „Als wir 2004 mit dem Projekt begannen, lautete unsere Idee ein klassisches Diagnoselabor auf möglichst kleinem Raum zusammenzufassen, zu miniaturisieren und mit Hilfe dieses „Lab-on-a-Chip“ Infektionserreger innerhalb weniger Stunden nachzuweisen“, erläutert Professor Michael Vellekoop vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der Fakultät für Elektrotechnik, TU Wien. Erreger von Infektionskrankheiten können in Patientenblutproben mit der neuen Chiptechnologie in nur fünf bis sechs Stunden nachgewiesen werden. Christa Nöhammer von den Austrian Research Centers Seibersdorf fasst die Verbesserungen zusammen: „Die Erreger und deren DNA werden direkt aus dem Patientenblut isoliert und mit Hilfe der sogenannten Polymerasen Kettenreaktion (PCR) im Reagenzglas vervielfältigt, bevor sie mittels Chip identifiziert werden. Die klassischen Nachweismethoden erfordern, dass die Erreger zunächst im Kulturmedium vermehrt werden, wodurch bis zur endgültigen Diagnose mehrere Tage vergehen.“

Bei der Chip-Methode wird die vermehrte DNA auf eine goldbeschichtete, feste Oberfläche aufgebracht und bindet dort immobilisierte, für bestimmte Erreger-Spezies spezifische DNA Fängermoleküle, an. Klassischerweise wird eine Bindung zwischen den Fängermolekülen und der Erreger-DNA aus der Patientenprobe durch Einbau eines Fluoreszenz-Farbstoffs in die Keim-DNA, also optisch, sichtbar gemacht. Im Minilabor der TU-WissenschafterInnen wird die Fluoreszenz nun durch einen Sensorchip ersetzt. Gabriel Hairer, TU-Dissertant in dem Projekt: „Kleine Elektrodenfinger formen Kapazitäten, die sich abhängig vom Material zwischen den Fingern ändern. Das ganze befindet sich in einer wässrigen Lösung, sodass die DNA schließlich elektrisch festgestellt werden kann, in dem man eine Kapazitätsänderung misst, wenn der Erreger ‚anwesend’ ist.“ Im Vordergrund steht für die WissenschafterInnen so früh wie möglich, die in den Proben enthaltene Keim-DNA zu detektieren. Nöhammer: "Uns stehen für den Sensor-Chip spezifische Fängermoleküle für 23 bakterielle Erreger sowie zwei Pilzspezies zur Verfügung, die bereits mittels Fluoreszenztechnologie ausgiebig getestet wurden. Auf diese 25 Infektionserreger können wir innerhalb weniger Stunden die Blutproben testen. So kann der Patient frühzeitig  mit dem optimalen Antibiotikum gezielt therapiert werden und der Einsatz von Breitband-Antibiotika, der für die ständig steigende Resistanzbildung verantwortlich ist, kann vermieden oder zumindest reduziert werden."

Bereits im kommenden Jahr soll der Prototyp des Mini-Diagnoselabors fertig entwickelt werden. Als nächster wichtiger Schritt muss dann die Sensitivität des Lab-on-Chip Systems unter realen, in der klinischen Anwendung gegebenen Bedingungen genauestens getestet und untersucht werden.

Fotodownload: http://www.tuwien.ac.at/index.php?id=6055

Rückfragehinweis:
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Michael Vellekoop       
Technische Universität Wien
Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme   
Gußhausstraße 25-29, 1040 Wien
T +43/1/58801 – 36600, -36664
F +43/1/58801 – 36699
E michael.vellekoop@tuwien.ac.at
   
Dr. Christa Nöhammer
Austrian Research Centers GmbH – ARC
Molekulare Diagnostik
Gregor Mendel Strasse 1
A-2444 Seibersdorf
T +43/50550-3529
F +43/50550-3653
E christa.noehammer@arcs.ac.at

Aussender:
Mag. Daniela Hallegger
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41027
F +43-1-58801-41093
E daniela.hallegger@tuwien.ac.at
www.tuwien.ac.at/pr