DT News - Germany - Parodontitis-Erreger schneller erkennen mit neuem Chip-Modul

Fraunhofer IZI

Fr. 4. Januar 2013

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LEIPZIG – Von den geschätzten 700 Bakterienspezies in der Mundhöhle sind nur elf als besonders parodontalpathogen bekannt. Der Nachweis der relevanten Periodontitis-Erreger ist aber bisher besonders zeitaufwändig gewesen. Nun soll eine neue Diagnostikplattform diesen Vorgang deutlich beschleunigen.

Mit dem ParoChip haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI in Leipzig in Zusammenarbeit mit der BECIT GmbH und er Firma ERT-Optik ein Lab-on-a-Chip-Modul entwickelt, mit dem Zahnärzte und medizinische Labore künftig Proben schnell aufbereiten und die Keime anschließend analysieren können. Sämtliche Arbeitsschritte – Vervielfältigung der DNA-Sequenzen und deren Detektion – laufen direkt auf der Plattform ab, die aus einer scheibenförmigen mikrofluidischen Karte besteht. Sie hat einen Durchmesser von etwa sechs Zentimetern.

Während bisherige Methoden zum Bestimmen der Erreger nur in Auftragslaboren und mit hohem apparativem Aufwand über ein Kulturverfahren möglich waren, dauert der Nachweis mit ParoChip weniger als 30 Minuten, wodurch sich in kurzer Zeit sehr viele Proben untersuchen lassen, sagt Dr. Dirk Kuhlmeier, Arbeitsgruppenleiter für den Bereich Nanotechnologie am IZI.

Die Analyse erfolgt berührungsfrei und vollautomatisch: Nach der Probenentnahme mit sterilen, zahnstocherförmigen Papierspitzen werden die Bakterien von der Spitze gelöst und deren isolierte DNA in Reaktionskammern mit getrockneten Reagenzien injiziert. Auf jeder Karte befinden sich elf solcher Kammern – jeweils eine Kammer enthält das Reagenz für jeweils einen der elf parodontalpathogenen Erreger.

In einer weiteren Kammer wird die Bestimmung der Gesamtkeimzahl realisiert. Dort erfolgt die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), eine Methode, um selbst geringste DNA-Sequenzen von Pathogenen millionenfach zu kopieren. Um die extrem schnellen Temperaturwechsel zu ermöglichen, die für die PCR erforderlich sind, wird der scheibenförmige Kunststoff-Chip auf einen Metallheizblock mit drei Temperaturbereichen gesteckt und mechanisch über diese Bereiche gedreht. Dabei entsteht ein Fluoreszenzsignal, das von einem angeschlossenen optischen Messgerät mit Fluoreszenzmesskopf, Photodetektor und Laserdiode vermessen wird.

Der Clou: Mithilfe des Signals lässt sich nicht nur die Quantifizierung jeder Keimart und somit die Schwere der Entzündung feststellen, sondern auch die Gesamtanzahl aller Keime. Der Arzt kann die antibiotische Behandlung entsprechend darauf abstimmen.

„Da wir mit dem angeschlossenen optischen Messsystem Bakterien quantifizieren können, eignet sich ParoChip auch für den Nachweis von anderen Infektionserregern wie Sepsis- oder Lebensmittelkeimen“, so Kuhlmeier.

„Mit ParoChip entfallen viele manuelle Schritte, die bisher für Bakterientests erforderlich waren. Die Kunststoffscheiben lassen sich kostengünstig fertigen, nach dem Gebrauch kann man sie wie Einmalhandschuhe entsorgen“, betont der Forscher weitere Vorzüge der kleinen Diagnostikplattform, die bereits als Prototyp vorliegt. Sie soll zunächst in klinischen Laboren eingesetzt werden, realisierbar ist aber auch die Vor-Ort-Analyse der Patientenproben in Zahnarztpraxen.

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