Mit neu entwickelten fluoreszierenden Nanosensoren lassen sich Krankheitserreger schneller und einfacher aufspüren als das mit etablierten Verfahren.
Um Bakterien mit herkömmlichen Methoden zu detektieren, müssen Gewebeproben entnommen und analysiert werden. Forscher aus Bochum, Göttingen, Duisburg und Köln möchten die Probenentnahme überflüssig machen und Krankheitserreger mit winzigen optischen Sensoren direkt am Ort der Infektion sichtbar machen. Ihr neues Verfahren beschreiben sie in der Zeitschrift Nature Communications.
Die Sensoren basieren auf modifizierten Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem Durchmesser von weniger als einem Nanometer. Bestrahlt man sie mit sichtbarem Licht, leuchten sie anschließend im für Menschen nicht sichtbaren Nah-Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von etwa 1.000 Nanometer und mehr. Das Fluoreszenzverhalten ändert sich, wenn die Nanoröhren auf bestimmte Moleküle in ihrer Umgebung treffen.
Da Bakterien einen charakteristischen Molekülmix absondern, kann das Leuchten der Sensoren somit die Anwesenheit bestimmter Erreger anzeigen. In der vorliegenden Arbeit beschreibt das Forschungsteam Sensoren für verschiedene bakterielle Motive, deren Kombination die Detektion und Differenzierung von gefährlichen Pathogenen erlaubt, die zum Beispiel mit Implantat-Infektionen assoziiert sind.
„Dass die Sensoren im Nah-Infrarot-Bereich funktionieren, ist für die optische Bildgebung besonders interessant, weil in diesem Bereich wesentlich weniger Hintergrundsignale existieren, die das Ergebnis verfälschen können“, sagt Prof. Sebastian Kruß, der die Gruppe Funktionale Grenzflächen und Biosysteme an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) leitet und Mitglied im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv, ist. Licht dieser Wellenlänge dringt tiefer in menschliches Gewebe ein als sichtbares Licht, was das Auslesen der Bakterien-Sensoren auch unter Wundverbänden oder auf Implantaten ermöglichen könnte.
„Dies könnte in Zukunft die Grundlange zur optischen Detektion von Infektionen auf intelligenten Implantaten sein, zu der keine Probenahme selbst mehr nötig ist. Somit ließe sich der Heilungsprozess oder eine mögliche Infektion schnell erkennen, was zu einer verbesserten Patientenversorgung führen könnte“, so Robert Nißler, Erstautor der Studie von der Universität Göttingen. „Die möglichen Anwendungsbereiche sind jedoch nicht darauf beschränkt“, ergänzt Kruß. „Auch eine bessere Schnelldiagnostik von Blutkulturen im Rahmen einer Sepsis ist in Zukunft denkbar.“
Der Artikel basiert auf einer Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum.
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Bildquelle: Tyler Lastovich, unsplash