Mikrolabor: Chip im Ärmel

12. März 2015
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In vielen Gegenden Afrikas sind medizinische Untersuchungen immer noch ein schwieriges Unterfangen, egal ob bei HIV, Syphilis oder Malaria. Lab-on-a-Chip-Systeme schließen die Versorgungslücken. Von der Entwicklung profitieren auch Industrienationen.

In westlichen Ländern längst Routine: Um sexuell übertragbare Krankheiten (Sexually Transmitted Diseases, STD) nachzuweisen, führen diagnostische Labors standardisierte ELISA-Tests durch. Bei HIV fahnden Ärzte im Serum nach Antikörpern gegen Proteine des Virus, speziell gegen das p24-Protein im Kapsid. Sollte es zu positiven Resultaten kommen, schließen sich Nachweise viraler Proteine per Western Blot an. Um Syphilis zu detektieren, stehen spezifische und nicht spezifische Antikörper gegen Treponema pallidum im Mittelpunkt. Genau hier beginnen die Probleme: ELISA-Geräte erfordern geschultes Personal und Investitionen von 20.000 Euro. In entlegenen Gebieten kommen weitere Unwägbarkeiten hinzu – nicht immer gibt es Strom für Geräte oder für Kühlschränke, um Chemikalien aufzubewahren. Ähnlich schwierig gestaltet sich der Transport von Blutproben in weit entfernte Universitätskliniken.

Ein Labor auf dem Chip

Doch Hilfe naht: Ein Team der Columbia University unter Leitung von Samuel Sia hat jetzt innovative Lab-on-a-Chip-Systeme vorgestellt: Tools, nicht größer als eine Kreditkarte, aber mit Funktionalitäten großer Labors. Auf einem Kunststoffträger befinden sich mikroskopisch kleine Reaktionskammern, die verschiedene Reagenzien enthalten. Zur Diagnostik reicht ein kleiner Blutstropfen aus. Aufgrund von Kapillarkräften bewegt sich die Probe durch das komplette System. Sia arbeitet mit Einmalartikeln zum Preis von 34 US-Dollar. Für wirtschaftlich schlecht gestellte Länder mag die Summe noch recht hoch sein. Größere Chargen könnten den Preis aber noch drücken. Erste Prototypen lagen bei 100 US-Dollar und hatten ihre Kinderkrankheiten. Das neue Labor zum Mitnehmen punktet beispielsweise mit energiesparenden Technologien. Zur Stromversorgung reicht ein marktübliches Smartphone aus – per international genormtem Audio Jack gelangt Strom ins diagnostische Tool. Eine App kommuniziert mit Hardwarekomponenten, Dongles genannt, und gibt Schritt-für-Schritt-Anweisungen.

Ideal zum Screening

Nach etlichen Vorbereitungen und Tests zu Hause machte Samuel K. Sia die Probe aufs Exempel. In Ruanda sollten Lab-on-a-Chip-Systeme ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. Gesundheitsfachkräfte des ostafrikanischen Staats nahmen Blutproben bei 96 schwangeren Frauen, die sich in Versorgungszentren vorgestellt hatten. Pipettierschemata oder Probenvorbereitungen sind nicht erforderlich. Angestellte benötigten für eine Untersuchung etwa 15 Minuten, was im Rahmen des Praktikablen bleibt. Die Sensitivität lag bei 92 bis 100 Prozent, und die Spezifität betrug 79 bis 100 Prozent. Ganz klar, ELISAs im klinischen Labor erzielen bessere Werte. Für Samuel K. Sia liegt der Wert seines Chips vor allem im Screening. Patienten in Ruanda schätzen, dass sie sofort ihre Resultate bekamen.

Plasmodien auf der Spur

Lab-on-a-Chip-Systeme spielen bei weiteren Krankheiten ihre Stärken aus. Stephanie K. Yanow von der University of Alberta, Kanada, zeigt Einsatzmöglichkeiten bei Malaria. Ihre Plattform besteht aus Hydrogel-Chips mit Reagenzien. Hinzu kamen preisgünstige, tragbare Real-Time-PCR-Geräte mit Peltierelement für die PCR-Reaktion und mit Laser beziehungsweise Kamera zum Nachweis. Alle Gerätschaften lassen sich bei Raumtemperatur lagern. Chemikalien werden schon durch Wasser aus der Blutprobe rehydratisiert. Bei Feldstudien in Uganda fanden Wissenschaftler eine Sensitivität von 97,4 Prozent und eine Spezifität von 93,8 Prozent. Mischinfektionen von Plasmodium falciparum und Plasmodium vivax ließen sich ebenfalls unterscheiden. Yanows System erwies sich als robust genug, um unter rauen Bedingungen zu bestehen.

Patientennah diagnostizieren

Zurück nach Deutschland: Lab-on-a-Chip-Systeme spielen ihre Stärken auch in hoch entwickelten Gesundheitssystemen aus. Das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie setzt beispielsweise auf die In-vitro-Diagnostik (ivD)-Plattform. Damit ließen sich in Zukunft pro Probe gleichzeitig verschiedene diagnostische Parameter bestimmen. Denkbar wäre, dass Hausärzte oder öffentliche Apotheken manche Tests anbieten. Entsprechende Tools könnten auch bei medizinischen Notfällen noch vor Ort zum Einsatz kommen. In den USA diskutieren Experten sogar, Untersuchungen für den Heimgebrauch anzubieten. Ein zweischneidiges Schwert: Leichter zugängliche Möglichkeiten, STI zu diagnostizieren, führen zu einer höheren Akzeptanz. Allerdings fehlt die heilberufliche Interpretation entsprechender Ergebnisse – HIV beispielsweise ist schon lange kein Todesurteil mehr. In vielen Fällen raten Experten zu weiteren Untersuchungen, damit sie falschpositive oder falschnegative Resultate ausschließen.

33 Wertungen (4.73 ø)

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3 Kommentare:

Gast
Gast

Ich hätte nichts gegen ein Labor in meiner Praxis für 100 Dollar.
Ist nur fraglich, ob der Gesetzgeber das für Ärzte in Deutschland erlaubt.

#3 |
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Sehr interessanter Beitrag ; das wird wohl die Zukunft sein!

#2 |
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Alexander Pfeffer
Alexander Pfeffer

Da wird wieder an den Afrikas-Sklaven etwas getestet, was bei Europa-Sklaven später eingesetzt werden soll…

#1 |
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