Prävention & Therapie

KODIAK – Komponenten und Module für die verbesserte optische Point-of-Care-Diagnostik

Projektlaufzeit: 2021-2023

Lab-on-Chip (LOC)-Diagnostik ist heutzutage bei verschiedenen labordiagnostischen Verfahren Stand der Technik. Sie ermöglicht die automatisierte Verarbeitung und Auswertung von Proben. Diagnostische Ergebnisse können dadurch kostengünstiger, schneller und früher als die herkömmliche Analyse in einem medizinischen Labor zur Verfügung gestellt werden. Jedoch gibt es nicht für alle Anwendungsfälle Lab-on-Chip-Systeme. Zusammen mit Partnern entwickelt das Fraunhofer-Zentrum MEOS daher neue Komponenten und Module für die LOC-Diagnostik im Bereich des Zytokin-Freisetzungssyndroms. 

Das Zytokin-Freisetzungssyndrom (cytokine release syndrome, CRS) kann bei einer Vielzahl von Erkrankungen und Therapien auftreten, beispielsweise bei Immunotherapie, Sepsis und Infektionserkrankungen wie z.B. Covid-19. Bei einem CRS werden im Zuge der Immunreaktion des Körpers Zytokine gebildet, die weitere Immunzellen aktivieren. Diese wandern an den Ort der Entzündung und bilden ebenfalls Zytokine, sodass eine überschießende Immunreaktion stattfindet. Die Immunreaktion klingt nicht wie üblicherweise automatisch ab, sondern verstärkt sich immer weiter. Da diese schwere Nebenwirkung tödlich enden kann, muss sie schnellstmöglich diagnostiziert und behandelt werden. 

Um eine schnelle Analyse des CRS zu gewährleisten, müssen verschiedene Biomarker im Blut, die typisch für eine Entzündungsreaktion sind, schnell und hochsensitiv nachgewiesen werden. Dies kann über fluoreszenz- oder lumineszenz-basierte Assays auf einem mikrofluidischen Chip nachgewiesen und quantifiziert werden. Derzeit erfolgt die Diagnostik symptomatisch, d.h. zeitverzögert und unspezifisch und über Bluttests, also invasiv. Wünschenswert wäre eine Online-Überwachung, die das Auftreten von CRS sofort erkennt. Hier setzt das Verbundprojekt KODIAK an. Dabei werden neben dem biologischen Assay elektronische, optische und fluidische Komponenten und die zugehörigen Integrationstechniken entwickelt und deren Nutzen an einem Lab-on-Chip-System für die CRS-Diagnostik demonstriert. 

Die am Zentrum MEOS tätigen Mitarbeitenden des Fraunhofer IZI entwickeln im Rahmen von KODIAK das Luminiszenz-Assay zur CRS-Detektion. Der Nachweis erfolgt in optisch transparenten mikrofluidischen Kavitäten, an die SPAD (Single Photon Avalanche Diode)-Sensoren des Projektpartners IMMS zur optischen Detektion angebunden sind. Das notwendige Optikdesign stammt vom Fraunhofer IPMS. Insgesamt wird soll die neue Technologie dazu beitragen, ernsthafte Krankheitsverläufe früher zu erkennen, klinische Kapazitäten effektiver zu nutzen und die medizinische Versorgung von Patientinnen und Patienten zu stärken.