Mikroben-Detektive: Keimen auf der Spur

08.03.2010: Mikroorganismen sind überall, die meisten sind ungefährlich. Beim Herstellen von Medikamenten oder in Gewebetransplantaten können sie aber großen Schaden anrichten. Mit Hilfe eines neuartigen Geräts lassen sich Keime in künstlichem Knorpel jetzt in wenigen Stunden nachweisen.

Wir sind umgeben von Mikroorganismen: Sie bevölkern unsere Haut, die Atemluft, sämtliche Oberflächen. Meist ist das Zusammenleben unproblematisch. Doch es gibt Situationen, in denen die ständigen Begleiter gefährlich, sogar lebensbedrohend sein können. Unerwünscht sind sie etwa auf medizinischen Instrumenten, in Nährlösungen oder auf im Labor gezüchteten Gewebetransplantaten wie Knorpel. Beim Herstellen solcher Knorpel kommt man daher ohne ständige Sterilitätskontrollen nicht aus. Herkömmliche Testverfahren, mit denen sich Keime nachweisen lassen, sind jedoch zeitaufwändig. Proben müssen genommen und anschließend mit Hilfe von Nährlösungen kultiviert und vermehrt werden, da sich Bakterien und Pilze nur detektieren lassen, wenn sie in größeren Mengen vorliegen.

Forschern der Fraunhofer-Institute für Physikalische Messtechnik IPM, für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB und für Biomedizinische Technik IBMT ist es jetzt gelungen, diesen Prozess drastisch zu verkürzen. Innerhalb weniger Stunden können die Experten Verunreinigungen identifizieren - ein einziger Keim genügt dafür. "Mit klassischen Methoden dauert es bis zu zwei Wochen, um die Reinheit von Proben - etwa in Kultur gezüchtetes Eigengewebe - zu testen. Der Patient erhält sein Implantat, obwohl die Sterilitätskontrolle noch nicht vollständig abgeschlossen ist," sagt Carsten Bolwien, Projektleiter am IPM. "Mit unserem automatisierten Raman-System können wir Proben unmittelbar vor dem Implantieren untersuchen. Wir haben das am Beispiel von künstlichem Knorpel fürs Knie geprüft. Unser Gerät kombiniert ein Mikroskop mit einem Raman-Spektrometer. Zunächst wird die wässrige Lösung, in der das Knorpelstück liegt, durch einen Mikrolochträger gefiltert. In den kleinen Löchern der Mikromembran bleiben nur Partikel hängen, die eine "verdächtige" Größe aufweisen. Diese untersuchen wir spektroskopisch. Die Ramanspektren erlauben dann im Vergleich mit bekannten Spektren die Identifikation der Partikel und das Feststellen von Kontaminationen durch Bakterien oder Pilze."

Ein Demonstrator des Raman-Spektrometers existiert bereits. Er ist vom 23. bis zum 26. März auf der Analytica in München zu sehen. Erste, von Gesundheitsbehörden kontrollierte Blindtests sollen noch im Laufe dieses Jahres erfolgen: Die Forscher werden künstlich infizierte Knorpelkulturen untersuchen und die Verunreinigungen detektieren. Wenn alles klappt, kann das Verfahren von den Behörden zugelassen werden.