Krankheitserreger vermehren sich rasch und bei der Analyse bakterieller Methoden ist Zeit ein entscheidender Faktor. Manchmal kann die Diagnostik jedoch Stunden oder sogar Tage dauern. Die neue photonikbasierte Methode von Dr. Anne-Sophie Munser kann diesen Prozess deutlich beschleunigen. Die Methode entwickelte sie im Rahmen ihrer Dissertation, erhielt bereits 2024 dafür den Dr.-Ing. Siegfried Werth-Preis und nun wurde sie dafür mit dem dritten Platz beim Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet.
Optische Messtechnik in der Zellbiologie
Die neue Methode basiert auf einer optischen Messtechnik, die Munser auf die Zellbiologie übertragen hat. Bei der winkelaufgelösten Streulichtanalyse werden herkömmlicherweise minimale Defekte oder Partikel auf hochglatten Oberflächen wie Spiegeln oder Linsen sichtbar gemacht. Munser übertrug dies, um stattdessen Mikroorganismen sichtbar zu machen. So können schon wenige Zellen schädlicher Bakterien nachgewiesen werden ohne eine aufwendige vorherige Kultivierung, die für klassische Verfahren bisher notwendig war. „Statt auf Zellkolonien mit tausenden Zellen zu warten, können wir in einer mikrofluidischen Probenführung schon bei den ersten zwei bis drei Zellteilungen die relevanten mikrobiologischen Prozesse verfolgen“, erklärt Munser.
Innerhalb von rund drei Stunden können so Bakterien und auch ihre Resistenzen erkannt werden. Ein Laserstrahl richtet sich auf die Zelle und je nach Struktur, Form und Oberflächenbeschaffenheit streut das Licht in unterschiedliche Richtungen. Das Ergebnis ist eine charakteristische Lichtverteilung, eine Art optischer Fingerabdruckm, der Rückschlüsse auf Eigenschaften im Nanometerbereich zulässt. In ihrer Doktorarbeit konnte Munser zudem nachweisen, dass sich so auch die Wirksamkeit von Antibiotika nach wenigen Stunden nachweisen lässt.
Lab-on-a-Chip-System
Zur Interpretation der Ergebnisse entwickelte die Forscherin zudem ein eigenes Datenauswertungsverfahren. Derzeit arbeitet sie mit ihrem Team daran, diese Auswertung mithilfe von KI zu vereinfachen und auch technisch entwickeln sie es weiter. Denn aktuell ist es noch relativ groß, etwa zwei Schuhkartons groß. In Zukunft soll es kompakter und transportabel sein, wenn möglich sogar als Lab-on-a-Chip-Lösung verfügbar. Aufgrund der Schnelligkeit ist das System attraktiv für Labore, Kliniken und die Wirkstoffforschung, aber auch eine Anwendung in der Lebensmittelkontrolle oder ein Einsatz zur Überwachung der Trinkwasserqualität ist möglich. Schon heute nutzt das Forschungsinstitut diese Technik selbst.
Quelle: idw
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