Nanopartikel helfen bei Malariadiagnose

Rund 429.000 Men­schen ster­ben laut der WHO jährlich an den Fol­gen ein­er Malar­i­aerkrankung. Betrof­fen sind vor allem tro­pis­che und sub­tro­pis­che Gebi­ete, ins­beson­dere der afrikanis­che Kon­ti­nent. Im Forschung­spro­jekt Nanofret entwick­eln das Fraun­hofer-Insti­tut für Moleku­lar­biolo­gie und Ange­wandte Oekolo­gie, das Insti­tut für Tropen­medi­zin der Uni­ver­sität Tübin­gen und das Fraun­hofer-Insti­tut für Sil­i­cat­forschung einen diag­nos­tis­chen Test zur Ermit­tlung des Erregers Malar­ia trop­i­ca im Blut. Ziel ist eine sen­si­tive und zuver­läs­sige Diag­nose ein­er Infek­tion, damit die Behand­lung der Patien­ten möglichst frühzeit­ig erfol­gen kann.

Rund 429.000 Men­schen ster­ben laut der WHO jährlich an den Fol­gen ein­er Malar­i­aerkrankung. Betrof­fen sind vor allem tro­pis­che und sub­tro­pis­che Gebi­ete, ins­beson­dere der afrikanis­che Kon­ti­nent. Im Forschung­spro­jekt Nanofret entwick­eln das Fraun­hofer-Insti­tut für Moleku­lar­biolo­gie und Ange­wandte Oekolo­gie (Fraun­hofer IME), das Insti­tut für Tropen­medi­zin der Uni­ver­sität Tübin­gen und das Fraun­hofer-Insti­tut für Sil­i­cat­forschung (Fraun­hofer ISC) einen diag­nos­tis­chen Test zur Ermit­tlung des Erregers Malar­ia trop­i­ca im Blut. Ziel ist eine sen­si­tive und zuver­läs­sige Diag­nose ein­er Infek­tion, damit die Behand­lung der Patien­ten möglichst frühzeit­ig erfol­gen kann.

Verur­sacht wird Malar­ia durch Par­a­siten, die durch den Stich eines Moski­tos über­tra­gen wer­den. Die Malar­i­aerkrankung mit dem schw­er­sten Ver­lauf ist die Malar­ia trop­i­ca, die unbe­han­delt in den meis­ten Fällen zum Tod führt. Sie muss daher frühzeit­ig diag­nos­tiziert wer­den, damit Erkrank­te mit geeigneten Medika­menten behan­delt wer­den kön­nen. Verur­sacht wird Malar­ia trop­i­ca durch Plas­mod­i­um fal­ci­parum, eine von ins­ge­samt fünf ver­schiede­nen Malar­ia-Par­a­site­narten, die den Men­schen befall­en, und bet­rifft vor allem Kleinkinder und schwan­gere Frauen in der Sub­sa­hara-Region Afrikas.

Um eine Infek­tion zu erken­nen und die Erregerart richtig bes­tim­men zu kön­nen, benöti­gen kon­ven­tionelle, sen­si­tive Diag­no­sev­er­fahren eine entsprechende Lab­o­rausstat­tung und ein sehr gut geschultes und erfahrenes Per­son­al. Dies ist in nicht-spezial­isierten Gesund­heit­szen­tren häu­fig nicht gegeben.

Nun wollen die Part­ner des Pro­jek­ts Nanofret unter der Leitung von Dr. Rolf Fend­el (Uni­ver­sität Tübin­gen) inner­halb der näch­sten drei Jahre einen diag­nos­tis­chen Test entwick­eln, der mit­tels Analyse von Voll­blut eine zuver­läs­sige Diag­nose dieses speziellen Malar­i­atyps ermöglicht. Das Pro­jekt wird durch das Pro­gramm Vali­dierung des tech­nol­o­gis­chen und gesellschaftlichen Inno­va­tionspoten­zials wis­senschaftlich­er Forschung (VIP+) des Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung gefördert.

Wird der Kör­p­er mit Krankheit­ser­regern infiziert, pro­duzieren diese auch große Men­gen Pro­teine, die sich im Blut des Patien­ten anre­ich­ern. Dies machen sich die Pro­jek­t­part­ner zunutze. Dr. Torsten Klock­en­bring und sein Team des Fraun­hofer IME entwick­eln hochsen­si­tive Antikör­p­er, die das Pro­tein des Malar­i­a­par­a­siten erken­nen. Diese Antikör­p­er wer­den an neuar­tige flu­o­reszierende Nanopar­tikel gekop­pelt, die das Team Ther­a­nos­tik des Trans­la­tion­szen­trums Regen­er­a­tive Ther­a­pi­en von Dr. Sofia Dem­b­s­ki am Fraun­hofer ISC entwick­elt. Zum Nach­weis der Krankheit­ser­reger in ein­er Blut­probe wird eine spezielle Mess­meth­ode (zeitaufgelöster Flu­o­reszenz-Res­o­nanzen­ergi­etrans­fer TR-FRET) verwendet.

Bei der Entwick­lung des Diag­no­sev­er­fahrens müssen die Forsch­er ins­beson­dere eine Her­aus­forderung lösen: Die flu­o­reszieren­den Eigen­schaften der Nanopar­tikel müssen so angepasst wer­den, dass die Aut­o­flu­o­reszenz von Blut das Ergeb­nis nicht bee­in­flussen kann.

Zur Über­prü­fung dieser Ver­suche wer­den Proben von Malar­i­a­p­a­tien­ten und ein­er nicht-infizierten Kon­troll­gruppe benötigt. Diese wer­den gesam­melt, charak­ter­isiert und zur Fes­tle­gung der Test­be­din­gun­gen einge­set­zt. Dr. Andrea Krei­den­weiss am Insti­tut für Tropen­medi­zin der Uni­ver­sität Tübin­gen führt hierzu eine Studie am Cen­tre de Recherch­es Médi­cales de Lam­baréné (Cer­mel) in Gabun, einem langjährigem Koop­er­a­tionspart­ner, durch.

Wenn eine zuver­läs­sige Meth­ode entwick­elt wurde, soll diese im näch­sten Schritt in ein­er diag­nos­tis­chen Studie am Cer­mel getestet wer­den. Dabei wer­den Eigen­schaften wie Sen­si­tiv­ität und Spez­i­fität des Schnell­test sowie die Durch­führbarkeit unter realen Bedin­gun­gen evaluiert. Erweist sich der diag­nos­tis­che Test als geeignet, wer­den die Pro­jek­t­part­ner einen Pro­to­typ in Form eines kleinen Medik­its entwer­fen. Das Medik­it soll kostengün­stig her­stell­bar sein und eine frühzeit­ige Iden­ti­fizierung ein­er Malar­ia trop­i­ca ermöglichen.

Nach erfol­gre­ichem Abschluss des Pro­jek­ts Nanofret Ende 2019 wollen die Part­ner das Diag­nos­tikkonzept auch auf andere Infek­tion­skrankheit­en über­tra­gen und zusam­men mit Indus­triepart­nern eine neue Gen­er­a­tion an Schnell­tests entwickeln.