Multiples Organversagen, Sepsis, Influenza: Neuer Biosensor ermittelt Schweregrad

Eine Arbeitsgruppe von der Universität Hokkaido (Japan) hat den Prototyp eines Sensors entwickelt, der zukünftig helfen könnte, die Spiegel von Adenosintriphosphat (ATP) und Laktat in Blutproben rasch zu messen, was zu einer schnellen Beurteilung des Schweregrades verschiedener Erkrankungen beiträgt.

Grundlage für die Arbeit des neuen Sensors bildet die Tatsache, dass schwere Erkrankungen wie multiples Organversagen, Sepsis und Influenza zu einer Reduktion der von Erythrozyten produzierten ATP-Mengen führen. Somit könnte der Schweregrad solcher Erkrankungen durch Überwachung der Mengen an ATP und Laktat im Blut von Betroffenen gemessen werden. „Im Jahr 2013 schlugen unsere Co-Autoren an der Universität Tokushima den ATP-Laktat-Energie-Risiko-Score (A-LES) zur Messung von ATP- und Laktat-Blutspiegeln vor, um den Schweregrad der akuten Influenza bei Patientinnen und Patienten zu beurteilen“, erklärt Akihiko Ishida, Fachmann für angewandte Chemie an der Hokkaido-Universität. „Die aktuellen Methoden zur Messung dieser Werte und andere Ansätze zur Ermittlung des Schweregrades der Erkrankung können jedoch umständlich, langwierig oder nicht empfindlich genug sein. Wir wollten einen schnellen, sensitiven Test entwickeln, der Ärztinnen und Ärzten hilft, ihre Patientinnen und Patienten besser zu triagieren.“

Ishida entwickelte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von der Hokkaido University und der Tokushima University einen Biosensor, der ATP- und Laktatspiegel im Blut mit hoher Empfindlichkeit innerhalb von nur fünf Minuten nachweisen kann. Der Prozess ist unkompliziert. Einer Blutprobe werden chemische Substanzen zugesetzt, um ATP aus Erythrozyten zu extrahieren. Enzyme und Substrate werden dann hinzugefügt, um ATP und Laktat in dasselbe Produkt umzuwandeln, das von speziell modifizierten Elektroden auf einem Sensorchip nachgewiesen werden kann. Die Intensität des an den Elektroden erzeugten Stroms hängt von der Menge des in der Probe vorhandenen Nebenproduktes ab.

Das Team führte parallele Tests durch und stellte fest, dass andere im Blut vorhandene Bestandteile wie Ascorbinsäure, Brenztraubensäure, Adenosindiphosphat (ADP), Urat und Kaliumionen die Fähigkeit der Elektroden, ATP und Laktat genau zu erkennen, nicht beeinträchtigen. Sie verglichen ihren eigenen Sensor auch mit den derzeit verfügbaren und stellten fest, dass er eine relativ einfache und schnelle Messung der beiden Moleküle ermöglicht.

„Wir hoffen, dass unser Sensor die Überwachung des Schweregrads der Erkrankung ermöglicht und als Hilfsmittel für die Diagnose und Behandlung von Patientinnen und Patienten dient, die auf eine Intensivstation aufgenommen werden“, erklärt Ishida.

Als nächstes wollen die Forscher den Messvorgang noch weiter vereinfachen, indem sie ein ATP-Extraktionsverfahren in den Chip selbst integrieren. Außerdem wollen sie ihr Sensorsystem noch kompakter machen.