Personalisierte Antibiotikatherapie: Entwicklung und Evaluierung einer mikrofluidischen Biosensor-Plattform für die nicht-invasive, patientennahe Multianalyt-Diagnostik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Can Dincer; Professor Dr. Stefan Schumann; Professor Dr.-Ing. Gerald A. Urban; Professor Dr. Wilfried Weber
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404478562

Die Antibiotikatherapie gewinnt in der Humanmedizin immer mehr an Bedeutung. Dabei spielt eine individualisierte Therapie, die die Dosis und das Dosierungsintervall von Antibiotika sowie die Therapiedauer umfasst, eine entscheidende Rolle für die Effizienz der anti-infektiösen Therapie. Aufgrund fehlender Methoden für ein patienten- und insbesondere zeitnahes Monitoring des Antibiotikaspiegels, werden Antibiotikadosierungen, wenn überhaupt, nur auf das Körpergewicht der Patienten abgestimmt. Als Folge suboptimaler Antibiotikaverwendung, stellen die in Krankenhäusern stetig zunehmenden multiresistenten Keime ein großes Problem dar.Ein Ansatz, der eine solche Diagnostik in nicht-invasiv gesammelten Körperflüssigkeiten, wie Atemgaskondensat (EBC), Urin und Speichel, ermöglicht, wäre für eine personalisierte Antibiotikatherapie höchst wünschenswert. In dieser Hinsicht, bieten mikrofluidische Lab-on-a-Chip (LOC) Plattformen die Möglichkeit der Beschleunigung der spezifischen und sensitiven Quantifizierung von verschiedenen Analyten, zusammen mit einem geringen Probenverbrauch, schnelleren Proben-zu-Ergebnis-Zeiten und einer einfachen Integration komplexer Laborfunktionen. Das Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist daher die Implementierung und vorklinische Evaluierung einer mikrofluidischen Multiplex-Biosensor-Plattform zur nicht-invasiven Vor-Ort-Quantifizierung eines Parameterpanels mit verschiedenen ß-Laktam-Antibiotika sowie Nieren- und Entzündungsbiomarkern, um eine personalisierte Antibiotikatherapie zu ermöglichen.In diesem Projekt werden verschiedene endogene Biomarker, einschließlich Kreatinin und Cystatin C für die Nierenfunktion, Interleukin-6 und Akutphasenproteine (z.B. Serum-Amyloid A, C-reaktives Protein und Procalcitonin) für bakterielle Entzündungen, hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit und Selektivität evaluiert. Des Weiteren wird die quasi Echtzeitüberwachung von Entzündungsmarkern und der antibiotischen Pharmakokinetik in Blut-, Gewebe- und EBC-Proben in Großtierversuchen, die verschiedene Antibiotika-Dosierungen untersuchen, durchgeführt. Daher beinhaltet dieses Projekt die Realisierung einer EBC-Probenentnahmegerät für die schnelle und nicht-invasive Probensammlung.Eine erfolgreiche Implementierung der geplanten mikrofluidischen LOC-Plattform in Kombination mit einem leistungsfähigen biomolekularen Sensorsystem könnte einen Paradigmenwechsel in der Antibiotika-Therapie darstellen, da es die (nicht-invasive) Profilierung des Entzündungsfortschritts und der antibiotischen Pharmakokinetik ermöglicht und damit den Weg für eine personalisierte Steuerung der Antibiotika-Therapie ebnen würde. Somit könnte dies ein bedeutender Meilenstein im globalen Kampf gegen die Antibiotikaresistenz sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen