Mit Hilfe von Quantenpunkten und einem Smartphone tödliche Bakterien aufspüren
Kostengünstiger und schneller Weg zur Identifizierung von antibiotikaresistenten MRSA-Keimen
Eine Kombination aus handelsüblicher Quantenpunkt-Nanotechnologie und einer Smartphone-Kamera könnte es Ärzten bald ermöglichen, antibiotikaresistente Bakterien in nur 40 Minuten zu identifizieren und damit Patientenleben zu retten.
Dies ist ein Diagramm, das den Analyseprozess darstellt.
Sunna Lab
Staphylococcus aureus ist eine häufige Form von Bakterien, die schwere und manchmal tödliche Krankheiten wie Lungenentzündung und Herzklappeninfektionen verursacht. Von besonderer Bedeutung ist ein Stamm, der nicht auf Methicillin, das Antibiotikum erster Wahl, anspricht und als Methicillin-resistenter S. aureus oder MRSA bekannt ist.
Jüngste Berichte gehen davon aus, dass 700.000 Todesfälle weltweit auf antimikrobielle Resistenzen wie die Methicillin-Resistenz zurückzuführen sind. Die schnelle Identifizierung von MRSA ist für eine effektive Behandlung unerlässlich, aber die derzeitigen Methoden machen es zu einem anspruchsvollen Prozess, selbst in gut ausgestatteten Krankenhäusern.
Bald kann sich das jedoch ändern, wenn man nichts anderes als die vorhandene Technologie nutzt.
Forscher der Macquarie University und der University of New South Wales, beide in Australien, haben ein Proof-of-Concept-Gerät demonstriert, das bakterielle DNA verwendet, um das Vorhandensein von Staphylococcus aureus positiv in einer Patientenprobe zu identifizieren - und um festzustellen, ob es auf Antibiotika an vorderster Front reagiert.
In einem Beitrag, der in der internationalen Fachzeitschrift Sensors and Actuators B: Chemical veröffentlicht wurde, zeigen das Team der Macquarie University von Dr. Vinoth Kumar Rajendran, Professor Peter Bergquist und Associate Professor Anwar Sunna mit Dr. Padmavathy Bakthavathsalam (UNSW) einen neuen Weg, um die Anwesenheit des Bakteriums mit einem Mobiltelefon und einigen ultrakleinen Halbleiterpartikeln, den sogenannten Quantenpunkten, zu bestätigen.
"Unser Team nutzt die Synthetische Biologie und die Nanobiotechnologie, um biomedizinische Herausforderungen anzugehen. Schnelle und einfache Wege, um die Ursache von Infektionen zu identifizieren und geeignete Behandlungen einzuleiten, sind entscheidend für eine effektive Behandlung der Patienten", sagt Professor Anwar Sunna, Leiter des Sunna-Labors an der Macquarie University.
"Das gilt für den klinischen Alltag, aber auch für das aufstrebende Gebiet der personalisierten Medizin."
Der Ansatz der Forscher identifiziert den spezifischen Stamm der Staphylokokken mit Hilfe einer Methode namens convective polymerase chain reaction (oder cPCR). Dies ist ein Derivat einer weit verbreiteten Technik, bei der ein kleines Segment der DNA tausende Male kopiert wird, um mehrere Proben zu erzeugen, die für den Test geeignet sind.
Vinoth Kumar und Kollegen unterziehen die DNA-Kopien dann einem Prozess, der als Lateral Flow Immunoassay bekannt ist - ein papierbasiertes Diagnosewerkzeug, mit dem das Vorhandensein oder Fehlen eines Ziel-Biomarkers bestätigt wird. Die Forscher verwenden Sonden, die mit Quantenpunkten ausgestattet sind, um zwei einzigartige Gene nachzuweisen, die das Vorhandensein einer Methicillinresistenz bestätigen.
Eine Chemikalie, die in der PCR-Phase der getesteten DNA hinzugefügt wird, lässt die Probe fluoreszieren, wenn die Gene von den Quantenpunkten erfasst werden - eine Reaktion, die mit der Kamera auf einem Mobiltelefon leicht erfasst werden kann.
Das Ergebnis ist eine einfache und schnelle Methode zum Nachweis der Anwesenheit des Bakteriums, während gleichzeitig die Erstlinienbehandlung ein- oder ausgeschaltet wird.
Obwohl sich die Forscher derzeit im Proof-of-Concept-Stadium befinden, sagen sie, dass ihr System, das mit einer einfachen Batterie betrieben wird, für eine schnelle Erkennung in verschiedenen Situationen geeignet ist.
"Wir sehen, dass dies nicht nur in Krankenhäusern, sondern auch in Hausarztpraxen und am Patientenbett problemlos eingesetzt wird", sagt Hauptautor Vinoth Kumar Rajendran von Macquarie.
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