Ärzte Zeitung online, 30.07.2009

Bald Tuberkulose-Nachweis per Chip?

FRANKFURT/MAIN(eb). Forscher der Harvard Medical Schoool haben nun einen neuen Ansatz für den raschen Nachweis von Pathogenen entwickelt, der keine komplizierte Probenvorbereitung erfordert. Die Methode beruht auf magnetischen Nanopartikeln und einer magnetischen Kernresonanz-(NMR)-Messung.

Für ihre Tests verwendeten die Forscher das Bacille Calmette-Guérin (BCG), ein nach seinen Entwicklern benanntes Mykobakterium, das Anfang des 20. Jahrhunderts aus Rindertuberkelbazillen gezüchtet wurde (Angewandte Chemie 121(31), 5767). Es handelt sich dabei um einen abgeschwächten Stamm, der als Lebendimpfstoff gegen Tuberkulose eingesetzt wird. Zudem dient er in der Forschung als Modell für den wahren Tuberkulose-Erreger Mycobacterium tuberculosis.

Für den Test wird eine Probe mit einer Lösung inkubiert, die magnetische Nanopartikel enthält. Diese Nanopartikel bestehen aus einem Eisenkern, der von einer Schale aus Ferrit (einem Eisenoxid) umgeben ist. An die Oberfläche der Nanopartikel knüpften die Forscher Anti-BCG-Antikörper. Sind BCG-Bakterien in der Probe vorhanden, binden die Antikörper daran und bestücken die Bakterien auf diese Weise mit Magnetpartikeln. Nun wird die Flüssigkeit durch Mikrokanälchen in eine winzige Kammer eines mikrofluidischen Chips geleitet. Am Ausgang der Kammer befindet sich eine Membran, die die Bakterien zurückhält, die restliche Lösung inklusive überschüssiger Magnetpartikel aber durchlässt. Auf diese Weise reichern sich die Bakterien in der Kammer an.

Die Kammer ist von einer kleinen Spule umgeben, die das für Kernresonanzmessungen notwendige Magnetfeld erzeugt. Die Messungen ähneln einer klinischen Kernspintomografie. Die mit Magnetpartikeln bestückten Bakterien beeinflussen das Verhalten der Kernspins der Wassermoleküle in der Kammer. Dies lässt sich mit einem miniaturisierten NMR-Handgerät direkt auf dem Chip detektieren. So gelang es, schon 20 Bakterien in einem Milliliter einer Auswurfprobe binnen 30 Minuten nachzuweisen.

Zum Abstract der Originalpublikation "Ultrasensitive Detection of Bacteria Using Core-Shell Nanoparticles and an NMR-Filter System"

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