Diagnose im Durchflussverfahren

Markus Klotz, Dietmar Beer

Das hoch präzise, lasergestützte Messgerät registriert und unterscheidet winzige, markierte Partikel. Die Partikel sind nach Größe gestaffelt und zwischen 2 µm und 150 µm groß. Die Idee dabei war, dass sich verschiedene Moleküle oder Antikörper an diese Partikel unterschiedlicher Größenordnung ankoppeln lassen. So werden Testverfahren für die Biologie und Medizin möglich, die in einem einzigen Messschritt bis zu hundert verschiedene Erkrankungen, Bakterien, Viren oder genetische Informationen erkennen.

Grundlage für diese Entwicklung waren lasergestützte Messapparate, die es erlauben, Partikel im Mikrometerbereich in Flüssigkeiten und in der Luft zu unterscheiden. Ein Größenunterschied von nur 2% wird so bereits registriert. Der Partikelzähler Syringe, der beispielsweise zur Qualitätskontrolle von Infusions- und Injektionslösungen eingesetzt wird, arbeitet nach dem Lichtblockadeprinzip. Dabei schwächt ein Partikel einen Lichtstrahl und wirft auf der Empfängerseite einen Schatten. Die Detektoreinheit setzt die Lichtschwächung in ein Spannungssignal um, wodurch Durchmesser und Zahl der Partikel auf ein definiertes Probenvolumen charakterisiert werden. Die Messergebnisse werden nach Vorschriften der USP und PhEur ausgewertet und als Qualitätskriterium bezüglich der Reinheit pharmazeutischer Produkte ausgegeben.

Im letzten Jahr gelang es dem Unternehmen, in einem Schlüsselexperiment gleichzeitig zur Größe und Anzahl der Partikel auch ein Fluoreszenzsignal zweifelsfrei nachzuweisen – ein vor allem für die Diagnostik wichtiger Erfolg, mit dem Klotz den Innovationspreis zur Förderung der Medizintechnik des BMBF gewann. Beschichtet man beispielsweise Partikel der Größe 2 µm mit Erkennungssequenzen für eine Rötelinfektion, andere Partikel der Größe 50 µm mit Molekülen für Hepatitis-A und weitere Partikel der Größe 100 µm mit Sequenzen zur Erkennung des HIV-Virus, so könnte man in einem einzigen Schritt feststellen, ob ein Mensch Röteln hätte und ob zudem eine der anderen Infektionen vorliegt. Hierzu sind drei Schritte erforderlich: Die entsprechend beschichteten Partikel binden in einer Blut- oder Plasmaprobe Antikörper oder Proteine, die auf den gesuchten Erreger hinweisen. Ein weiterer – mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierter – Antikörper dockt dann spezifisch an dieses Tandem an. Ein „ungebundener“ Partikel wird nicht markiert. Das Messgerät registriert anschließend die Größe der vorbeiströmenden Partikel und prüft, ob gleichzeitig eine Fluoreszenzmarkierung vorliegt. Dabei bewältigt es bis zu 200 000 Teilchen pro Milliliter.

Bisherige Fluoreszenzverfahren basieren zwar auf dem gleichen biochemischen Prinzip, verwenden als Trägermatrix aber starre Plastikoberflächen, z. B. in Mikrotiter-Platten. Die Geräte- und Auswertetechnik ist bei diesen Verfahren teuer und kompliziert und somit auch fehler- und störanfällig. Hier bietet das Verfahren von Klotz eine Alternative. Es registriert in einem Schritt, welche Partikel fluoreszieren und erkennt im Umkehrschluss die vorliegenden Infektionen. Der Anwender kann in Zukunft entweder schon fertig beschichtete Partikel bestellen oder aber die Partikel entsprechend seinem Analyseziel selbst beladen. Ziel der nun beginnenden Arbeiten ist das Lesegerät. Dieses muss simultan und fehlerfrei sowohl die Größe der Partikel als auch das angedockte Fluoreszenzsignal erkennen und auswerten können. Nicht markierte Partikel und frei schwimmende Fluoreszenzmarker dürfen nicht gemessen werden.