Viele neue Techniken zur schnellen und exakten Erkennung und Identifikation von Krankheitserregern, die mithilfe der Nanotechnologie entwickelt werden, versagen im klinischen Alltag. Denn oft benötigen sie aufwändige Probenvorbereitungen oder komplexe Messaufbauten, so dass sie mit dem hohen Aufkommen an zu analysierenden Proben in einer Klinik einfach nicht fertig werden. Forscher um Ralph Weissleder von der Harvard Medical School haben nun einen sehr einfachen Ansatz für den raschen Nachweis von Krankheitserregern (Pathogenen) entwickelt, der keine weitere Probenvorbereitung erfordert. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie (2009), Band 121/31, Seite 5767-5760 berichten, basiert diese Methode auf magnetischen Nanopartikeln und einer magnetischen Kernresonanz-(NMR)-Messung.
Für ihre Tests verwendeten die Forscher das Bacille Calmette-Guérin (BCG), ein nach seinen Entwicklern benanntes Mykobakterium, das Anfang des 20. Jahrhunderts aus Rindertuberkelbazillen gezüchtet wurde. Es handelt sich dabei um einen abgeschwächten Stamm, der als Lebendimpfstoff gegen Tuberkulose eingesetzt wird. Zudem dient er in der Forschung als Modell für den wahren Tuberkulose-Erreger Mycobacterium tuberculosis.
Und so einfach geht der Test: Eine Probe wird mit einer Lösung bebrütet (inkubiert), die magnetische Nanopartikel enthält. Diese Nanopartikel bestehen aus einem Eisenkern, der von einer Schale aus Ferrit (einem Eisenoxid) umgeben ist. An die Oberfläche der Nanopartikel knüpften die Forscher Anti-BCG-Antikörper. Sind BCG-Bazillen in der Probe vorhanden, binden die Antikörper daran und bestücken die Bazillen auf diese Weise mit Magnetpartikeln. Nun wird die Flüssigkeit durch Mikrokanälchen in eine winzige Kammer eines so genannten mikrofluidischen Chips geleitet. Am Ausgang der Kammer befindet sich eine Membran, die die Bazillen zurückhält, die restliche Lösung inklusive überschüssiger Magnetpartikel aber durchlässt. Auf diese Weise reichern sich die Bazillen in der Kammer an.
Die Kammer ist von einer kleinen Spule umgeben, die das für Kernresonanzmessungen notwendige Magnetfeld erzeugt. Die Messungen ähneln somit einer klinischen Kernspintomografie (MRT) Die mit Magnetpartikeln bestückten Bazillen beeinflussen das Drehverhalten der Wassermoleküle (das heißt ihren Kernspin) in der Kammer. Dies lässt sich mit einem miniaturisierten NMR-Handgerät direkt auf dem Chip erfassen. So gelang es, schon 20 Bazillen in einem Milliliter einer Auswurfprobe binnen 30 min nachzuweisen. „Überhaupt ist dieses Verfahren mit den ferromagnetischen Nanopartikeln zwar pfiffig, für die Praxis allerdings viel zu teuer“, gibt Prof. Dieter Köhler vom wissenschaftlichen Beirat der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin (DGP) zu bedenken.