Schnelle elektrodynamische Sepsis-Diagnostik

Sepsis ist eine lebensbedrohliche Erkrankung die jährlich für 11 Millionen Todesfälle weltweit verantwortlich ist. Eine Sepsis, meist durch Bakterien ausgelöst, verursacht eine überschießende Reaktion des Immunsystems. Ein schneller Nachweis auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Krankheitserregern und die anschließende Identifizierung seiner spezifischen Art(en) ist daher unerlässlich für einen frühen Beginn der Therapie und den gezielten Einsatz eines geeigneten Antibiotikums. Der aktuelle diagnostische Standard ist das Erstellen einer bakteriologischen Kultur, ein Verfahren das bis zu 24-72 Stunden in Anspruch nimmt und durch eine geringe Sensitivität in ca. 80 % der Fälle ein negatives Ergebnis aufweist. In diesem Kooperationsprojekt untersucht das Forschungsteam von Marcin Osuchowski vom Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie zusammen mit Klemens Wassermann und Terje Wimberger von der Firma CellEctric in Wien eine schnellere und effizientere Methode zum Nachweis von Bakterien im Vollblut septischer Patienten durch den Einsatz neuartiger bio-elektrodynamischer Filter. Ein Auflösen der Vollblutproben wird durch elektrische Felder bewirkt, wodurch in den Proben eine Mischung aus zerstörten Blutzellen und unbeschädigten, lebensfähigen Bakterien produziert wird. Durch eine spezielle Filtration wird eine gereinigte Probe, bestehend aus einem Konzentrat an pathogenen Bakterien, erzeugt und einer spezifischen Identifizierung sowie Charakterisierung unterzogen . Dies geschieht über eine sogenannte On-Filter-Kultivierung und Exposition der Bakterien gegenüber verschiedenen Enzymen, auf die sie, je nach Art des Krankheitserregers, auf sehr charakteristische Weise reagieren. Sollte dies gelingen, wird die Pathogenerkennungszeit auf etwa 6 Stunden minimiert. Am Ende dieses Projekts steht ein gebrauchsfertiger und einfacher diagnostischer Arbeitsablauf zur zukünftigen Überprüfung durch eine klinische Studie bereit.

Hauptergebnis: Dieses Projekt zeigt, dass eine neue Methode auf Basis elektrischer Felder Blutproben für die Infektionsdiagnostik "reinigen" kann, ohne die darin enthaltenen Bakterien zu schädigen - und damit eine schnellere und zuverlässigere Diagnose von Sepsis ermöglicht. Sepsis ist eine lebensbedrohliche Erkrankung, die durch eine überschießende Reaktion des Körpers auf eine Infektion ausgelöst wird. Weltweit sind jedes Jahr Millionen Menschen betroffen, und eine frühzeitige Behandlung ist entscheidend. Dennoch ist eine schnelle Diagnose schwierig. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass Blut - die wichtigste Probe für die Diagnostik - viele menschliche Zellen und Moleküle enthält, die den Nachweis von Krankheitserregern stören. Diese "Hintergrundbestandteile" können Bakterien verdecken oder die Genauigkeit moderner Tests verringern. In diesem Projekt wurde eine neue Technologie von Cellectric Biosciences untersucht, die kontrollierte elektrische Felder nutzt, um gezielt menschliche Blutzellen aufzubrechen, während Bakterien unversehrt bleiben. Ziel war es, störende Bestandteile des Blutes zu entfernen, ohne die Erreger zu beschädigen, die für die Diagnose benötigt werden. Die Ergebnisse waren eindeutig und konsistent. Die Methode entfernte mehr als 99 % der Blutzellen, während Anzahl, Struktur und Aktivität der Bakterien erhalten blieben. Dies konnte in verschiedenen Versuchssystemen gezeigt werden, darunter menschliche Blutproben und ein klinisch relevantes Tiermodell für Sepsis. Besonders wichtig ist, dass die Bakterien weiterhin lebensfähig waren und im Labor kultiviert werden konnten - eine entscheidende Voraussetzung, um den Erreger zu identifizieren und seine Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika zu testen. Moderne Analyseverfahren bestätigten zudem, dass die biochemischen "Fingerabdrücke" der Bakterien durch die Behandlung unverändert blieben. Ein weiteres zentrales Ergebnis ist, dass die Methode bei verschiedenen Bakterienarten funktioniert, einschließlich solcher, die häufig in komplexen Infektionen mit mehreren gleichzeitig vorkommenden Erregern auftreten. Herkömmliche Diagnoseverfahren stoßen hier oft an ihre Grenzen und erkennen nur einen Teil der vorhandenen Keime oder übersehen Infektionen ganz. Durch die Entfernung störender Blutbestandteile verbessert die neue Methode die Sichtbarkeit und Nachweisbarkeit aller Erreger in einer Probe. Die möglichen Auswirkungen dieser Arbeit sind erheblich. Eine schnellere und genauere Identifizierung von Krankheitserregern könnte Ärztinnen und Ärzten helfen, früher die richtige Behandlung einzuleiten, die Überlebenschancen zu verbessern und den unnötigen Einsatz von Breitbandantibiotika zu reduzieren. Dies ist besonders in der Intensivmedizin wichtig, wo jede Stunde zählt. Zudem ist die Technologie mit bestehenden Laborverfahren kompatibel und lässt sich daher gut in die klinische Praxis integrieren. Über die Sepsis hinaus könnte dieser Ansatz auch in vielen anderen Bereichen der medizinischen Diagnostik Anwendung finden, insbesondere bei neuen Schnelltestverfahren und in der personalisierten Medizin. Zusammenfassend adressiert dieses Projekt ein zentrales Problem der Infektionsdiagnostik - die Probenaufbereitung - und bietet eine praktische Lösung, die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit beim Nachweis lebensbedrohlicher Infektionen verbessern kann.