Das Problem: Es fehlt bisher an Methoden, mit denen sich bakterielle Verunreinigungen an Materialien, aber auch Infektionen im Anfangsstadium nicht-invasiv und spezifisch erkennen lassen. Gängige Methoden, beispielsweise die Positronen-Emissions- Tomografie (PET), können zwar Entzündungsherde im Körper aufspüren, wie die Forscher erklären. Sie haben aber meist eine nur geringe Auflösung und sind aufwändig. Zudem weisen sie nur unspezifisch nach, dass eine Entzündung vorliegt – nicht aber, ob sie durch eine bakterielle Infektion hervorgerufen wird. Als Folge werden Infektionen, vor allem mit gefährlichen resistenten Krankenhauskeimen, oft erst spät erkannt.
Antibiotikum als leuchtender Spürhund
Van Osten und ihre Kollegen haben nun eine Methode vorgestellt und getestet, die hier Abhilfe schaffen könnte. Sie machten sich dafür die Tatsache zunutze, dass Antibiotika sich spezifisch mit bestimmten Bakteriengruppen verbinden. Als Folge reichert sich das Medikament überall dort im Körper oder auf einem Material an, wo sich auch die Erreger konzentrieren. Und genau das haben die Forscher für ihr neues Nachweisverfahren ausgenutzt. Sie ergänzten sie das gängige Antibiotika Vancomycin mit einem Fluoreszenz-Farbstoff, der leuchtet, wenn er mit Infrarotlicht bestrahlt wird. Dadurch lässt sich feststellen, wo im Körper oder auf einem Objekt sich das Medikament angereichert hat – und damit auch, wo Krankheitserreger vorhanden sind. Vancomycin reagiert dabei spezifisch auf sogenannte Gram-positive Bakterien, eine Gruppe, zu der neben dem gefürchteten Krankenhauskeim Staphylococcus aureus auch Krankheitserreger wie Listerien, Streptokokken und Enterokokken gehören.
Um das Verfahren am lebenden Organismus zu testen, injizierten die Forscher Mäusen eine kleine Menge von mit einem Leuchtmarker versehenen S. aureus in den Beinmuskel. Dadurch wurde an dieser Stelle eine lokale Entzündung ausgelöst. Anschließend erhielten die Tiere eine intravenöse Injektion mit dem markierten Antibiotikum. Nach 24 Stunden bestrahlten die Wissenschaftler die Mäuse und suchten nach den Leuchtsignalen der Fluoreszenzmarker. Dabei zeigte sich: Wie erhofft registrierte die Kamera nicht nur die Leuchtsignale der markierten Bakterien im Bein, sondern an der gleichen Stelle auch das starke Signal des dort angereicherten Vancomycins. Lösten die Forscher dagegen in einem weiteren Versuch eine sterile Entzündung durch implantierte kleine Kunststoffbällchen aus, reicherte sich kein Vancomycin an dieser Stelle an. Das belege, dass dieses Verfahren bakterielle Infektionen von sterilen unterscheiden könne – und das im lebenden Organismus, so die Forscher.
Leuchtende Metallplatten im Leichenbein
Ob die Methode auch beim Menschen funktioniert, testeten van Osten und ihre Kollegen in einem etwas makabren Versuch – an Leichen. Diesen implantierten sie eine mit drei Schrauben befestigte Metallplatte am Schienbeinknochen – eine Methode, die in der Orthopädie zur Stabilisierung von komplizierten Brüchen verwendet wird. Ein Teil der Implantate war zuvor absichtlich mit dem Erreger Staphylococcus epidermidis verunreinigt und dann mit dem markierten Vancomycin behandelt worden. Nach der Befestigung der Platte vernähten sie Forscher die Wunde wie bei einer normalen OP. Anschließend bestrahlten sie das Operationsfeld mit einem Fluoreszenzkamera-System. Das Ergebnis: Die mit den Bakterien verunreinigte und mit dem Vancomycin behandelte Platte leuchtete deutlich sichtbar auf. Dieses Signal war gut zu erkennen, obwohl das Implantat fast einen Zentimeter unter der Hautoberfläche lag, so die Forscher.
