211service.com
Schneller TB-Detektor
Ein Drittel der Weltbevölkerung ist mit Tuberkulose infiziert. Der Nachweis der Bakterien ist selbst in Krankenhäusern mit ausgeklügelter Laborausstattung zeit- und kostenintensiv. Und in den armen Ländern, in denen die Infektion am häufigsten vorkommt, haben die Menschen oft keinen Zugang zu dieser Ausrüstung. Forscher des Massachusetts General Hospital in Boston und der Harvard University haben nun gezeigt, dass mit einem Handgerät in einer halben Stunde nur 20 Bakterien in einer Sputumprobe gezählt werden können. Sie hoffen, den Test zu einem kostengünstigen Produkt zu entwickeln, das für TB-Tests eingesetzt werden kann.
TB-Detektor: Ein Handgerät kann in einer Sputumprobe nur 20 Bakterien zählen. Eine Plastikkarte im Inneren des Geräts verwendet Mikrofluidik, um magnetisch markierte Bakterien in einer Probe in eine von zwei Kammern zu leiten, die von Metallspulen umgeben sind. Die Spulen werden für die Kernspinresonanztomographie der Probe verwendet.
Der Bakterienzähler wird von Forschern unter der Leitung von . entwickelt Ralph Weissleder , Direktor des Center for Systems Biology und des Center for Molecular Imaging Research an der Harvard Medical School, und Hakho Lee , ein Ausbilder bei Mass General. Die Technologie verwendet magnetische Nanopartikel-Markierungen und einen Detektor, der nach den gleichen Prinzipien wie die Magnetresonanztomographie funktioniert. Sie konzentrieren sich auf Tuberkulose, sagt Lee, weil selbst ein Bakterium die Krankheit verursachen kann, aber zu diesem Zeitpunkt gibt es keine einfache Möglichkeit, die Bakterien mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen.
Das größte Problem bei bestehenden Tests ist, dass sie zu langsam sind, sagt Peter Katona , außerordentlicher klinischer Professor für Infektionskrankheiten an der University of California, Los Angeles. Der genaueste Weg, die Infektion zu identifizieren, besteht darin, eine Probe im Labor zu züchten. Da TB jedoch langsam wächst, kann dies bis zu sechs Wochen dauern. Darüber hinaus sind teure Kulturgeräte in armen Gebieten, in denen die Infektion weit verbreitet ist, normalerweise nicht verfügbar.
Der billigste und schnellste Weg, um TB zu erkennen, ist ein Hauttest, der auf eine Immunreaktion hin untersucht. Aber solche Tests sind nicht besonders genau. Es gibt eine Reihe von Zuständen, bei denen es keine Immunreaktion gibt, selbst wenn der Patient die Infektion trägt, sagt Steven Miller , Direktor des klinischen Labors an der University of California, San Francisco Medical Center. TB und HIV gehen oft Hand in Hand, aber bei HIV-positiven Patienten funktioniert der Hauttest nicht. Ein weiterer häufiger Test, bei dem eine Sputumprobe mit einem Farbstoff, der auf TB zielt, angefärbt und unter dem Mikroskop untersucht wird, weist ebenfalls eine hohe Rate an falsch-negativen Ergebnissen auf. Es sei denn, es gibt eine sehr hohe Bakterienlast, kann man sie nicht aufnehmen, sagt Miller.
Der Harvard-Detektor kann sehr kleine Bakterienmengen finden. Es handelt sich um eine miniaturisierte Version eines Kernspintomographen, einem sehr empfindlichen, aber typischerweise großen und teuren Gerät, das für klinische und chemische Anwendungen wie die Bildgebung des Gehirns und die Bestimmung von Proteinstrukturen verwendet wird. Die Größe und Kosten typischer Kernspinresonanz-Bildgebungsgeräte werden durch die Notwendigkeit eines starken Magneten bestimmt. Die Gruppe von Weissleder vereinfachte das Instrument in ein tragbares, ein Pfund schweres Gerät mit Einwegteilen, indem sie Kompromisse bei der Signalqualität einging und die Probenkammer direkt in die Hochfrequenzspulen platzierte. Wenn Sie Bakterien messen, brauchen Sie keine hohe Auflösung – Sie müssen nur ein Muster aufnehmen, sagt Lee.
Als Beweis für das Prinzip zeigten Weissleder und Lee, dass sie in Sputumproben ein der Tuberkulose sehr ähnliches Bakterium nachweisen konnten. Zunächst muss die viskose Probe verflüssigt werden. Dann wird es mit einer Lösung aus kanonenkugelförmigen Eisen-Nanopartikeln vermischt, die mit Antikörpern beschichtet sind, die an den Bakterien haften. Die Probe wird auf den Detektor geladen, der die Probe mithilfe von Mikrofluidik durch einen Kanal drückt, der mit einem Sieb ausgestattet ist, das Bakterien einfängt und alle Nanopartikel freiwäscht, die ein Ziel nicht erreicht haben. Dieser Kanal ist von einer Metallspule umgeben, die die gefangenen Bakterien unter dem Einfluss eines Magneten mit Hochfrequenzwellen pulsiert. Dadurch geben die Eisen-Nanopartikel ein magnetisches Signal ab, das wiederum die Protonen in den umgebenden Wassermolekülen beeinflusst. Das Harvard-Gerät nimmt diese Veränderungen auf, deren Größe und Dauer direkt proportional zur Anzahl der markierten Bakterien in der Probe sind.
Der Bakteriennachweisprozess dauert etwa 30 Minuten und ist so empfindlich wie Prozesse, bei denen im Labor gezüchtete Kulturproben verwendet werden. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift beschrieben Angewandte Chemie .
Der Versuch, sehr niedrige Bakterienkonzentrationen in einer Probe zu diagnostizieren und gleichzeitig eine hohe Qualität beizubehalten, ist nicht einfach, sagt der Pathologe Miller. Der Harvard-Test ist sehr empfindlich – das heißt, er kann geringe Bakterienkonzentrationen erkennen – aber bis das Gerät weiteren Tests unterzogen wird, ist es unmöglich zu sagen, wie spezifisch er ist. Wenn sich herausstellt, dass es eine hohe Rate an falsch positiven Ergebnissen gibt, sagt Miller, wird es an Orten wie den Vereinigten Staaten, in denen die Tuberkulose-Raten niedrig sind, nicht lebensfähig sein. In Gebieten mit hoher Tuberkulose-Prävalenz könnte ein billiger und einfacher Test wie dieser jedoch sehr wertvoll sein, sagt Miller.
Die Forscher arbeiten mit der Harvard School of Public Health zusammen, um das Gerät an klinischen Proben von Patienten mit Tuberkulose zu testen.