KEAnI ist durch das BMBF gefördertes Projekt mit einer Laufzeit von 2020 bis 2022.

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen den KMU´s MEDIPAN GmbH und GA Generic Assays GmbH und den Forschungseinrichtungen Universität Greifswald und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus - Senftenberg. 

Der Projektkoordinator ist die MEDIPAN GmbH. 

Eine Zusammenarbeit ist mit den Firmen bi.flow Systems GmbH und PolyAn GmbH geplant. 

Projektbeschreibung

Infektionserreger, die eine Sepsis auslösen, müssen in kürzester Zeit erkannt, definiert und bekämpft werden. Der Behandlungserfolg hängt maßgeblich von der Schnelligkeit der Diagnostik ab. Im
Verbundvorhaben wird eine Technologie entwickelt, die aus dem Messgerät (Hardware), innovativer Software und einem Assay besteht. Das Messgerät basiert auf einem Fluoreszenzmikroskopinstrument, der Assay auf einem Mikrofluidikchip. Als technologische Basis des Messgerätes dienen das AKLIDESSystem der Firma MEDIPAN GMBH und das VideoScan-System der BTU. Das AKLIDES-System wird bereits durch die MEDIPAN GMBH weltweit auf dem Gebiet der Autoimmundiagnostik vermarktet, das VideoScan-System ist eine Forschungsplattform. Vorteile des neuen, hier zu entwickelnden Systems sind die Größe des Gerätes, die einfache Bedienbarkeit und die Schnelligkeit, die auf der Detektierbarkeit von Einzelbakterien beruht.


Innerhalb des Teilvorhabens der BTU wird der Mikrofluidikchip entwickelt, mit dem nach 3 Stunden der Nachweis von Bakterien im Blut und deren Empfindlichkeit gegen Antibiotika möglich sind. Der Mikrofluidikchip, ist wie oben beschrieben eine Kernkomponente des Gesamtsystems. Neu ist die Bestimmung vermehrungsfähiger Bakterien in sehr geringen Mengen. Wir gehen davon aus, dass bereits eine Anzahl von 50 Bakterien ausreicht, um ein Bakterienwachstum nachzuweisen. Der Prozessablauf besteht darin, dass die Bakterien einer Patientenprobe im Mikrofluidikchip an einer Membran aufkonzentriert werden. Die Bakterien wachsen auf dieser Membran. Durch Färbungen mittels Fluoreszenzfarbstoffen können diese durch das Gerät erkannt und quantifiziert werden. Es erfolgt eine kontinuierliche Messung. Anhand der Bakterienmengen an verschiedenen Messzeitpunkten wird ersichtlich, ob ein Bakterium wächst oder nicht. Ist ein Bakterium resistent gegenüber einem Antibiotikum, erhöht sich die Anzahl detektierbarer Bakterien. Ist ein Bakterium sensibel gegenüber einem Antibiotikum, erhöht sich die Anzahl detektierbarer Bakterien nicht. Durch Vergleich der Wachstumskurven mit einer Kontrolle wird der Resistenzstatus sichtbar. Somit ist es notwendig, mehrere Wachstumskurven von einem Bakterium gleichzeitig aufzuzeichnen. Dies wird realisiert, indem sich entweder mehrere Inkubationskammern (der Ort, an dem sich die Membran befindet) auf einem Mikrofluidikchip befinden oder indem mehrere Mikrofluidikchips parallel kontinuierlich ausgewertet werden, was durch einen beweglichen Tisch, auf dem die Mikrofluidikchips eingespannt werden, möglich ist.


Die Arbeitspakete der BTU gliedern sich in die Themenschwerpunkte „Entwicklung des Mikrofluidikchips“, „Etablierung von Färbeprotokollen zum Nachweis der Bakterien im Mikrofluidikchip“ und „Chipbasierte Aufreinigung der Blutprobe“, d.h. Abtrennung von Blutzellen der Blutprobe.


Innerhalb des Themenschwerpunktes „Entwicklung des Mikrofluidikchips“ wird der Mikrofluidikchip designt. Prototypen werden durch einen Unterauftragnehmer hergestellt. Diese werden in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern und dem Unterauftragnehmer optimiert. Die Geometrie und die Versorgungsstruktur des Mikrofluidikchips ermöglicht eine Integration in das AKLIDES- und das VideoScan-Gerät und ein optimales Auslesen der Membranoberfläche. Es werden Membranen definiert, die in den Mikrofluidikchip integrierbar sind, mit denen Bakterien aufkonzentriert werden können und die keine Eigenfluoreszenz aufweisen bzw. durch Fluoreszenzfarbstoffe nicht unspezifisch gefärbt werden. Wenn nötig, werden die Eigenschaften von Membranen modifiziert. Es werden Nährmedien an die Mikrofluidikeigenschaften angepasst, die trotz Modifikation ein optimales Wachstum der ausgewählten Bakterienspezies ermöglichen. Um eine hohe Sensitivität des Assays zu erreichen, muss ein Haften der Bakterien an den Wänden der Inkubationskammer verhindert werden, was über Veränderung der Flüssigkeitsströme oder über Oberflächenmodifikationen innerhalb der Inkubationskammer realisiert werden soll. Als letztes sollen innerhalb des Themenschwerpunktes Fokussierbeads integriert werden, die eine schnellere und präzisere Messung ermöglichen.


Innerhalb des Themenschwerpunktes „Etablierung von Färbeprotokollen zum Nachweis der Bakterien im Mikrofluidikchip“ werden Verfahren entwickelt, in denen man Bakterien unspezifisch oder spezifisch über Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) anfärbt. Eine unspezifische Anfärbung erleichtert die zeitaufgelöste Quantifizierung der Bakterien. Die FISH ermöglicht in einem Arbeitsgang die Differenzierung zwischen den sechs ausgewählten Bakterienspezies.

Innerhalb des Themenschwerpunktes „Chipbasierte Aufreinigung der Blutprobe“ werden eukaryotische Zellen des Blutes entweder zerstört oder physikalisch über Membranen abgetrennt. Eine Entfernung dereukaryotischen Blutzellen erhöht die Sensitivität des Messsystems.

Kontakt

Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus - Senftenberg

Fakultät für Umwelt und Naturwissenschaften

Universitätsplatz 1

01968 Senftenberg

Prof. Dr. habil. Peter Schierack

E-Mail: peter.schierack(at)b-tu.de

Dr. Stefan Rödiger

E-Mail: stefan.roediger@b-tu.de

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