Der derzeitige Goldstandard, um Malariaerreger im Blut nachzuweisen, ist aufwendig, zeitraubend und teuer. Um die einzelligen Parasiten aufzuspüren, werden Blutzellen mit einem speziellen Farbstoff eingefärbt und das Ergebnis der Färbereaktion anschließend unter dem Mikroskop begutachtet, erklärt Dr. Dan Cojoc vom staatlichen Materialforschungszentrum im italienischen Trieste.
"Für diese Methode benötigt man geschultes Personal und ein ziemlich gutes Mikroskop. Außerdem liegt das Ergebnis typischerweise erst nach acht bis zehn Stunden vor."
Ein laseroptisches Messverfahren, dachte sich Dan Cojoc, könnte schneller Antworten liefern. Und zwar direkt vor Ort, ohne dass die Blutprobe erst in ein möglicherweise weit entferntes Analyselabor geschickt werden muss. Gemeinsam mit Kollegen aus Spanien und Israel machte sich der Forscher vom Labor für optische Manipulation an die Arbeit.
"Wir machen uns zunutze, dass Blutzellen, in die der Malariaparasit eingedrungen ist, steifer werden: Ihre Zellmembran wird weniger flexibel. Das hat zur Folge, dass infizierte Zellen, die man zu Schwingungen anregt, anders vibrieren als gesunde Zellen. Indem wir diese Schwingungen optisch analysieren, können wir mit Malaria infizierte Zellen schnell, einfach und sicher nachweisen."
Für die Analyse werden die Blutzellen mit grünem Laserlicht bestrahlt, das die Zellen leicht erwärmt und dabei in thermische Schwingungen versetzt. Das reflektierte Licht verrät den Forschern dann, ob eine Zelle gesund ist oder den Malariaparasiten in sich trägt.
"Wir beobachten das Interferenzmuster, das entsteht, wenn sich die an der Zelloberfläche reflektierten Lichtstrahlen überlagern. Die zeitliche Änderung dieses Musters zeigt uns, ob wir eine infizierte Zelle vor uns haben oder nicht. Um die Dynamik genau zu erfassen, nehmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera innerhalb von einer Sekunde 1000 Bilder auf. So können wir die Veränderungen präzise verfolgen."
Erste Ergebnisse ihrer Arbeit haben Dan Cojoc und Kollegen kürzlich im Fachmagazin "Biomedical Optics Express" publiziert. Dafür haben sie 25 Zellen untersucht. Die Trefferquote: 100 Prozent. Das heißt, dem laseroptischen Malariatest ging keine einzige infizierte Zelle durch die Lappen. Die Schnelldiagnose dauert nur 30 Minuten - verglichen mit dem, was heute in Entwicklungsländern üblich ist, ein enormer Zeitgewinn.
Mittlerweile haben die Forscher Hunderte Zellen getestet, mit ähnlich gutem Erfolg. Die Präzision hat allerdings ihren Preis. In einem von zehn Fällen schlägt das Verfahren falschen Alarm, klassifiziert eine gesunde Zelle also als Träger des Malariaparasiten. Doch mit verbesserten Auswertealgorithmen für die Bildverarbeitung will Dan Cojoc dieses Problem in den Griff bekommen. Seine Vision: ein Malariaschnelltest, der sich auch in Ländern mit mangelhafter medizinischer Versorgung problemlos einsetzen lässt.
"Wir wollen ein Nachweisgerät bauen, das tragbar und billig ist. Es soll nur einen Tropfen Blut für die Analyse benötigen und von Menschen ohne spezielle Kenntnisse der Laboranalytik bedient werden können."
Den Antrag für ein EU-Forschungsprojekt, das die Umsetzung dieser Idee vorantreibt, hat der aus Rumänien stammende Forscher schon eingereicht. Das Konzept sieht vor, dem optischen Schnelltest ein System feinster Flüssigkeitskanäle vorzuschalten, in denen die Blutprobe automatisch aufbereitet und die roten Blutkörperchen grob vorsortiert werden. Ob Brüssel das Vorhaben fördert, ist derzeit noch offen.
"Für diese Methode benötigt man geschultes Personal und ein ziemlich gutes Mikroskop. Außerdem liegt das Ergebnis typischerweise erst nach acht bis zehn Stunden vor."
Ein laseroptisches Messverfahren, dachte sich Dan Cojoc, könnte schneller Antworten liefern. Und zwar direkt vor Ort, ohne dass die Blutprobe erst in ein möglicherweise weit entferntes Analyselabor geschickt werden muss. Gemeinsam mit Kollegen aus Spanien und Israel machte sich der Forscher vom Labor für optische Manipulation an die Arbeit.
"Wir machen uns zunutze, dass Blutzellen, in die der Malariaparasit eingedrungen ist, steifer werden: Ihre Zellmembran wird weniger flexibel. Das hat zur Folge, dass infizierte Zellen, die man zu Schwingungen anregt, anders vibrieren als gesunde Zellen. Indem wir diese Schwingungen optisch analysieren, können wir mit Malaria infizierte Zellen schnell, einfach und sicher nachweisen."
Für die Analyse werden die Blutzellen mit grünem Laserlicht bestrahlt, das die Zellen leicht erwärmt und dabei in thermische Schwingungen versetzt. Das reflektierte Licht verrät den Forschern dann, ob eine Zelle gesund ist oder den Malariaparasiten in sich trägt.
"Wir beobachten das Interferenzmuster, das entsteht, wenn sich die an der Zelloberfläche reflektierten Lichtstrahlen überlagern. Die zeitliche Änderung dieses Musters zeigt uns, ob wir eine infizierte Zelle vor uns haben oder nicht. Um die Dynamik genau zu erfassen, nehmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera innerhalb von einer Sekunde 1000 Bilder auf. So können wir die Veränderungen präzise verfolgen."
Erste Ergebnisse ihrer Arbeit haben Dan Cojoc und Kollegen kürzlich im Fachmagazin "Biomedical Optics Express" publiziert. Dafür haben sie 25 Zellen untersucht. Die Trefferquote: 100 Prozent. Das heißt, dem laseroptischen Malariatest ging keine einzige infizierte Zelle durch die Lappen. Die Schnelldiagnose dauert nur 30 Minuten - verglichen mit dem, was heute in Entwicklungsländern üblich ist, ein enormer Zeitgewinn.
Mittlerweile haben die Forscher Hunderte Zellen getestet, mit ähnlich gutem Erfolg. Die Präzision hat allerdings ihren Preis. In einem von zehn Fällen schlägt das Verfahren falschen Alarm, klassifiziert eine gesunde Zelle also als Träger des Malariaparasiten. Doch mit verbesserten Auswertealgorithmen für die Bildverarbeitung will Dan Cojoc dieses Problem in den Griff bekommen. Seine Vision: ein Malariaschnelltest, der sich auch in Ländern mit mangelhafter medizinischer Versorgung problemlos einsetzen lässt.
"Wir wollen ein Nachweisgerät bauen, das tragbar und billig ist. Es soll nur einen Tropfen Blut für die Analyse benötigen und von Menschen ohne spezielle Kenntnisse der Laboranalytik bedient werden können."
Den Antrag für ein EU-Forschungsprojekt, das die Umsetzung dieser Idee vorantreibt, hat der aus Rumänien stammende Forscher schon eingereicht. Das Konzept sieht vor, dem optischen Schnelltest ein System feinster Flüssigkeitskanäle vorzuschalten, in denen die Blutprobe automatisch aufbereitet und die roten Blutkörperchen grob vorsortiert werden. Ob Brüssel das Vorhaben fördert, ist derzeit noch offen.