„Schwangerschaftstest“ für Bakterien? Fraunhofer-Forscher entwickeln Stäbchen-Schnelltest auf Keime

Michael Simm

Interessenkonflikte

9. August 2016

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben einen Schnelltest auf Bakterien entwickelt, der ganz ähnlich einem Schwangerschaftstest durch eine Farbänderung anzeigen soll, ob eine Probe positiv auf Keime ist [1]. Pharma- und Lebensmittelindustrie horchten prompt auf, denn die Überprüfung ihrer Produkte auf bakterielle Verunreinigungen erfordert bislang aufwendige Laboruntersuchungen.

Nachdem das Institut eine Pressemitteilung zu dem sogenannten ImmuStick herausgegeben hatte, hätten sich sehr viele interessierte Firmen gemeldet, berichtet Dr. Anke Burger-Kentischer, die das Entwicklungsprojekt leitet. Doch sie betont auch: „Wir sind noch weit von einer Markteinführung entfernt.“

 
Wir sind noch weit von einer Markteinführung entfernt. Dr. Anke Burger-Kentischer
 

Zum Patent angemeldet ist das Teststäbchen allerdings bereits, denn die Nachweismethode der Fraunhofer-Forscher unterscheidet sich von etablierten Tests: Wie der Urin beim Schwangerschaftstest wird auch beim ImmuStick die zu testende Flüssigkeit auf einen Teststreifen geträufelt. Enthält die Flüssigkeit Pyrogene, Bruchstücke von Erregern, wird dies durch einen Farbstreifen in einem Sichtfenster angezeigt.

Bakterien-Bruchstücke lösen Farbreaktion aus

Pyrogene sind eine heterogene Gruppe von Substanzen, die Fieberreaktionen hervorrufen. Zu ihnen gehören z. B. charakteristische Bestandteile von bakteriellen Zellwänden, die Lipopolysaccharide (LPS). Auf der Oberfläche des ImmuSticks sind im Labor synthetisierte Immunrezeptoren des Menschen befestigt, die für bestimmte Pyrogene empfindlich sind. „Genauer handelt es sich um Strukturen des angeborenen Abwehrsystems, die Toll-ähnlichen Rezeptoren (Toll-like receptors)“, erläuterte Burger-Kentischer.

Produktion des ImmuSticks: Aufbringung der Immunrezeptoren auf die Oberfläche des Teststreifens

© Fraunhofer IGB

An die Andockstelle der Immunrezeptoren, an die die Pyrogene anbinden, wird bei der Herstellung zunächst eine Art Platzhalter montiert, der mit einem Farbstoff markiert ist. Tröpfelt man dann beim Test eine Flüssigkeit auf den Teststreifen, die Pyrogene enthält, verdrängen diese Platzhalter und Farbstoff vom Immunrezeptor. Sie wandern dann mitsamt dem Farbstoff durch den Teststreifen. In einem Sichtfenster signalisiert die Farbe schließlich, dass in der Testflüssigkeit Pyrogene enthalten sind.

Mögliche Einsatzgebiete für das neue Teststäbchen wären z. B. die Überprüfung medizinischer Geräte, Medizinprodukte oder von Krankenhauszimmern auf bakterielle Verunreinigungen. Bereits heute verlangen sowohl europäische als auch US-amerikanische Behörden, dass Muster jeder Herstellungscharge von sterilen Medizinprodukten, welche während ihrer Anwendung mit Humanblut oder zerebrospinaler Flüssigkeit in Kontakt kommen, auf bakterielle Pyrogene (Endotoxine) getestet werden.

Teststäbchen muss sich gegen Konkurrenz durchsetzen

Ein Test, der bislang dafür verwendet wird, ist z. B. der Limulus-Amöbozyten-Lysat (LAL)-Test. Dieses Testverfahren macht sich im Blut des Pfeilschwanzkrebses (Limulus polyphemus) vorkommende lysierte Amöbozyten zunutze. Bei Kontakt mit LPS aus den Zellwänden von Bakterien kommt es zu einer Gerinnung, die in den kommerziellen Testsystemen durch eine Farbreaktion sichtbar gemacht wird. Die Nachweisgrenze liege bei ca. 0,01 ng Endotoxin pro ml, durchführbar sind die Assays in 30 Minuten.

 
Jetzt wollen wir ihn (den ImmuStick) gemeinsam mit Industriepartnern zu einem Produkt weiterentwickeln. Dr. Anke Burger-Kentischer
 

Ebenso wie der heute aus Tierschutzgründen nur noch selten genutzte Kaninchen-Pyrogentest ist die LAL-Methode aber bezüglich des Probenmaterials und des Nachweisspektrums limitiert: Sie spricht z.B. nur auf Endotoxine von gramnegativen Stäbchenbakterien an.

Eine weitere Testoption bietet der Monozyten-Aktivierungstest (MAT) der im Jahr 2010 in die Europäische Pharmakopöe aufgenommen wurde. Anders als beim LAL-Test erfasst der MAT auch Nicht-Endotoxin-Pyrogene. Für den MAT wird entweder gefrorenes oder frisches humanes Vollblut benötigt.

Während LAL-Test und MAT bereits von verschiedenen kommerziellen Anbietern vertrieben werden, steht der ImmuStick noch am Anfang: „Wir konnten zeigen, dass er für das Bakterien-Pyrogen LPS sehr gut funktioniert. Jetzt wollen wir ihn gemeinsam mit Industriepartnern zu einem Produkt weiterentwickeln“, sagt Burger-Kentischer. „Derzeit testen wir weitere Immunrezeptoren, die spezifisch für andere Pyrogene sind.“ Angedacht seien sowohl Anwendungen in der Lebensmittel- und Pharmabranche, aber auch für Blutuntersuchungen sei der ImmuStick interessant, beispielsweise bei Verdacht auf eine Sepsis.

 

REFERENZEN:

1. Forschung kompakt, Juli 2016, 1-3

 

Kommentar

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