Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Real-time Hygienemonitore auf Basis Stimulus-sensitiver Liposomen

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist, real-time Hygienemonitore auf Basis von Stimulus-sensitiven Liposomen für den selektiven Nachweis eines spezifischen nosokomialen Erregers (z.B. als Indikatorkeim oder im Infektionsfall) in Echtzeit zu entwickeln. Das Nachweisprinzip basiert auf der Destabilisierung der Stimulus-sensitiven Liposomen bei Bindung des Erregers, die zur Freisetzung eines inkludierten chromogenen Substrats aus den Liposomen führt. Das Substrat wird von in der Monitormatrix eingebetteten Enzymen unter Bildung eines farbigen Spaltprodukts umgesetzt. Bei Erreichen einer für eine Infektion ausreichenden Menge eines spezifischen nosokomialen Erregers (minimale Infektionsdosis) kommt es zum Farbumschlag. Exemplarisch werden real-time Hygienemonitore für verschiedene relevante spezifische nosokomiale Erreger entwickelt, die sowohl zum Nachweis eines Indikatorkeims als auch im Infektionsfall zur Optimierung von Hygienemaßnahmen eingesetzt werden können. Die Applikation erfolgt über Aufkleben des Hygienemonitors auf kontaminationsanfällige Areale von Textilien und Oberflächen, die häufigem Haut-/Handkontakt unterliegen.

Den ca. 2.300 textilen Dienstleistern bzw. 20.000 Reinigungsdienstleistern (vorwiegend KMU in beiden Branchen) wird durch die Projektergebnisse erstmalig ein real-time Hygienemonitor zum Nachweis von mikrobiellen Kontaminationen durch einen spezifischen nosokomialen Erreger auf Textilien und Oberflächen zur Verfügung stehen. Unter Einsatz der entwickelten real-time Hygienemonitore ergibt sich für die textilen Dienstleister ein wirtschaftlicher Vorteil von 6,33 Mio. €/a, da von einer erhöhten Wechselfrequenz der Arbeitskleidung im Gesundheitswesen auszugehen ist. Ferner resultieren unter Anwendung der neuen real-time Hygienemonitore wirtschaftliche Vorteile von 8,02 Mio. €/a für die Reinigungsdienstleister, da eine Erhöhung der Frequenz von Reinigungs-/Desinfektionsmaßnahmen im Gesundheitswesen zu erwarten ist.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Projektes war die Entwicklung eines real-time Hygienemonitors auf Basis von Stimulus-sensitiven Liposomen zur Detektion spezifischer relevanter nosokomialer Erreger auf kritischen Arealen.

Der Mechanismus der Stimulus-sensitiven Öffnung der Liposomen konnte durch gezielte Funktionalisierung bestimmter Liposomen-Membranbausteine mit spezifischen Antikörpern gegen Staphylococcus aureus (typischer Vertreter nosokomialer Erreger) erstmals erfolgreich entwickelt werden. Dies konnte durch Verwendung fluoreszenzmarkierter Antikörper gezeigt werden.

Zur Entwicklung der Nachweismethode wurden verschiedene Enzym-Substrat-Systeme auf ihre Eignung zur Anwendung im Hygienemonitor getestet. Am besten geeignet für den Einsatz im Hygienemonitor erwies sich ein Enzym-Substrat-System aus ß-Galaktosidase und X-Gal. Allerdings zeigte sich bei Inkludierung der Substrate bzw. Enzyme in Liposomen, dass im Umgebungsmedium vorhandenes Enzym bzw. Substrat durch die Liposomenmembran diffundieren konnte und eine Farbreaktion auch bei intakten Liposomen verursachte.

Dennoch konnte ein Nachweis für noskomiale Keime aufgrund der Fluorenzenzmarkierung der Antkörper mittels fluoreszenzmikroskopischer Auswertung realisiert werden.

Durch Einbettung der Stimulus-sensitiven Liposomen in spezielle Hydrogele konnte eine Stabilisierung der Liposomen über mehrere Wochen erreicht werden. Die erzielten Ergebnisse ermöglichten anschließend die Herstellung eines Funktionsmusters eines Hygienemonitors, der eine Stimulus-sensitive Zerstörung der in die Matrix eingebetteten Liposomen durch spezifische „Ziel“-Keime zeigte. Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen demonstrierten, dass bereits nach 30 Minuten eine Fluoreszenzmarkierung der vorhandenen Keime aufgrund von Bindung der Antikörper bzw. Stimulus-sensitiver Zerstörung der Liposomen detektierbar war.