Freiburger Ingenieure sagen pandemischen Krankheitserregern den Kampf an

Bitte draußen bleiben!

Auf dem Haupt eine hellgrüne Haube. Im Gesicht ein Mund-Nasen-Schutz. Und ein grünlich-durchsichtiger Mantel über der Kleidung: Wer Hilde M. besuchen will, kann dies nur tun, wenn er oder sie die strengen Sicherheitsvorkehrungen der Klinik befolgt. Dazu gehören auch Plastikstulpen, die man sich über die Schuhe zieht, bevor man das Zimmer der Kranken betreten darf …

Bild: Photoroyalty/Shutterstock.com

Weshalb diese strengen Sicherheitsmaßnahmen? Nun, die 80-jährige Frau hat eine Infektion mit einem multiresistenten Erreger hinter sich. Jetzt allerdings steht sie vor einer größeren Operation. Der aufnehmende Arzt des Krankenhauses hat Hilde M. wegen ihrer Vorgeschichte als Risikopatientin eingestuft. Zu ihrem eigenen Schutz und zum Schutz der anderen Patienten innerhalb der Station hat der Arzt Hilde M. vorsorglich isoliert.

Solch ein Szenario ist kein Einzelfall – leider: Tatsächlich stellen immer mehr Mediziner fest, dass Antibiotika bei Patienten nicht mehr Wirkung zeigen. Längst sprechen Experten von einer Pandemie der Antibiotikaresistenz. Laut der Weltgesundheitsorganisation, kurz WHO, ist daraus längst eine globale Gesundheitskrise entstanden: „Es ist ein stiller Tsunami, der lautlos über die Welt hereinbricht und die Säulen, auf denen die moderne Medizin fußt, zum Einsturz bringt.“

Ärzte setzen allzu oft Antibiotika ein

In der EU sterben Jahr für Jahr mehr als 30.000 Menschen an Infektionen mit multiresistenten Keimen; weltweit sind es sogar über 500.000. Gründe für diese Entwicklung gibt es viele: Zum einen setzen etliche Ärzte Antibiotika oftmals zu früh und selbst bei harmloseren Erkrankungen ein. Des Weiteren hat die intensive Verwendung in der Landwirtschaft gravierende Folgen auf unsere Gesundheit.

Da unter Pharmaunternehmen Berichten zufolge die Bereitschaft schwindet, neue Wirkstoffe zu entwickeln, verschärft sich die Situation noch mehr. Denn wenn sich niemand dafür verantwortlich fühlt, die Dinge zu ändern, droht durch multiresistente Erreger eine Post-Antibiotika-Ära mit bis zu zehn Millionen Todesfällen pro Jahr, warnt die WHO. Dabei erlebt die Menschheit seit Beginn des Jahres mit der Ausbreitung des SARS-CoV-2-Virus, welch Dimensionen solche Pandemien tatsächlich annehmen können.

Zentrifugale Mikrofluidik-Technologie

Die Ingenieure hinter dem Unternehmen Spindiag möchten diese Bedrohung mit High-Tech-Lösungen angehen und die Welt bestmöglich gegen Pandemien rüsten. Sechs der sieben Gründer des Unternehmens lernten sich im Freiburger Hahn-Schickard-Institut für angewandte Forschung und an der Universität Freiburg kennen. Dort arbeiteten sie an verschiedenen Projekten rund um die zentrifugale Mikrofluidik-Technologie, bevor sie sich dazu entschlossen, ihre Expertise auch im Kampf gegen pandemische Infektionskrankheiten einzubringen.

Dr. Daniel Mark, Geschäftsführer von Spindiag, hat dort zusammen mit einem Kollegen die Abteilung Lab-on-a-Chip geleitet: „Sogenannte Point-of-Care-Lösungen zur schnellen Identifikation von Viren und Bakterien haben wir bei Hahn-Schickard kontinuierlich weiterentwickelt. Immer wieder haben uns Ärzte zurückgemeldet, wie hilfreich ein einfacher Schnelltest wäre, mit dem sich schnell und sicher sagen lässt, ob ein Patient einen gefährlichen Krankheitserreger mitbringt und in Quarantäne behandelt werden muss. Das war der Startschuss für die Spindiag GmbH”, so Mark. Denn die Ingenieure sehen in der weltweiten Antibiotikakrise kein rein medizinisches Problem – und das gilt genauso für die aktuelle Corona-Pandemie. Gleiches lässt sich in der VDI-Publikation „Lebensretter Antibiotika“ nachlesen.

Vollautomatisierter Vorgang

Das System basiert auf der sogenannten zentrifugalen Mikrofluidik. Bei der patentierten Technologie wird eine CD-förmige Kartusche in einfache Rotation versetzt, Probenflüssigkeit sowie Reagenzien damit kontrolliert bewegt, unterteilt und vermischt. Was sonst im Labor passieren würde, übernimmt hier das Spindiag-Testgerät. Der Vorgang ist vollautomatisiert, bedarf also keines Eingriffes eines Laborexperten.

Die Methode, mit der die Kartusche Krankheitserreger nachweist, ist ebenfalls ein Goldstandard der Labordiagnostik: Bei der Polymerase-Kettenreaktion, kurz PCR, werden Bakterien oder Viren in der Probe aufgebrochen und deren Erbgut nach bekannten Sequenzen „durchsucht“, um sie etwa eindeutig als antibiotikaresistent oder SARS-CoV-2 zu identifizieren. Kommt die gesuchte Sequenz in der Probe vor, vervielfältigt die PCR die Sequenz wie ein Kopierer und macht sie durch Fluoreszenz „sichtbar“. Resultat wäre ein positives Testergebnis.

Damit bietet das Spindiag-System gegenüber den derzeit verfügbaren Diagnoseverfahren einige Vorteile. In den meisten Gesundheitseinrichtungen wird die Abstrichprobe von Patienten erst einmal ins Labor geschickt und dort zeitintensiv analysiert. Mehrere Tage kann es dauern, bis klar ist, ob ein Patient mit multiresistenten Bakterien oder SARS-CoV-2 besiedelt beziehungsweise infiziert ist oder nicht.

Alle so gut wie möglich entlasten

Flächendeckend getestet wird aus diesem Grund in den wenigsten Krankenhäusern. Stattdessen werden Risikopatienten wie Hilde M. erst einmal präventiv isoliert. Was für die Patienten eine durchaus große psychische Belastung und für das medizinische Personal zusätzliche Arbeit bedeutet, kommt Kliniken und Gesundheitssystem teuer zu stehen. Darüber hinaus sind vor allem die Kosten immens, die durch eine übersehene MRE-Infektion und einen größeren Ausbruch entstehen.

In Zeiten von SARS-CoV-2 sind die Auswirkungen noch dramatischer. Entweder werden dringend benötigte Quarantänebereiche unnötig belegt oder die Ausbreitung der Pandemie weiter beschleunigt, was das Gesundheitswesen weiter belastet und das Risiko für alle Patienten weiter in die Höhe treibt. Hingegen lässt sich mit dem Spindiag-System die Testzeit immens verkürzen: 30 bis 40 Minuten benötigt das Gerät, um eine Abstrichprobe zu testen.

Bild: Spindiag

Beschleunigend wirkt auch der Point-of-Care-Ansatz, wie Dr. Mark Keller, Produktvorstand der Spindiag, erklärt: „Um den Test durchzuführen, sind keine besonderen Vorkenntnisse und nicht einmal eine große Ausstattung nötig: Man nimmt einfach eine Abstrichprobe und setzt den Testträger ins Gerät ein. Den Rest übernimmt das System.” Auf was getestet wird, entscheidet der Anwender durch die Wahl der Kartusche, die allesamt im selben Gerät prozessiert werden können.

Bei Verdacht auf multiresistente Erreger testet die Kartusche auf 25 Resistenzen, die gemeinsam mit den nationalen Referenzzentren für gramnegative Krankenhauserreger in Bochum ausgewählt wurden, zum Beispiel auf MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus). Aus aktuellem Anlass haben die Wissenschaftler von Spindiag eine Kartuschen-Entwicklung für einen SARS-CoV-2-Nachweis in ihre Produktpipeline eingeschoben. Der Marktstart ist für August 2020 geplant.

Hahn-Schickard weiß um das Potenzial seiner Ingenieure für Wirtschaft und Gesellschaft. Von Anfang an unterstützt der Freiburger Institutsleiter Prof. Dr. Roland Zengerle die Spindiag-Wissenschaftler. Zengerle ist Professor an der Universität Freiburg und seit Ende letzten Jahres auch Vorsitzender der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik.

Bild: SpindiagZengerle ist Mentor und von Anfang an auch Gesellschafter des Unternehmens: „Gründer brauchen Unterstützer und Vorbilder. Ausgründungen zu fördern, ist sowohl für uns bei Hahn-Schickard als auch für die Universität Freiburg Teil der Mission.” Besonders freut es ihn, „dass mein VDI Ingenieure, Naturwissenschaftler und Mediziner über die Grenzen ihrer Organisationen und Fachbereiche hinaus unterstützt, um gemeinsam an Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen wie etwa der aktuellen Corona-Pandemie oder an der Antibiotika-Krise arbeiten zu können.“

Dass die Ausgründung für die Wissenschaftler die richtige Entscheidung war und sich Spindiag in den nächsten Jahren zu einem echten game changer im Kampf gegen pandemische Krankheitserreger entwickeln könnte, zeigen die jüngsten Erfolge des Unternehmens. Das Testverfahren ist inzwischen ausgereift, die Zulassung als In-Vitro-Diagnostik-Produkt gestartet und der Startschuss für die Überführung in die Serienproduktion gefallen. Zudem fördert das Land Baden-Württemberg die SARS-CoV-2 Kartuschen-Entwicklung mit sechs Millionen Euro.

Autoren:

Frank Magdans, Referent Kommunikation beim VDI

Verena Spohn

 

 

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