Schlussbericht zum Teilvorhaben: Erforschung von mikrofluidischen Kulturgefäßen zur Erregervermehrung und Bestimmung von Antibiotikaresistenzen im Verbundprojekt: Schneller Pathogennachweis mit Resistenztest im Mikroflusssystem (SeptoSurvive)

Abstract

Im Rahmen des Projekts SeptoSurvive wurde ein innovatives mikrofluidisches Diagnostiksystem zur beschleunigten Bestimmung von Antibiotikaresistenzen bei Sepsis entwickelt. Ziel war es, die Zeit bis zur spezifischen Therapieentscheidung von bisher 24–48 Stunden auf unter 6 Stunden zu verkürzen. Das Teilvorhaben der ibidi GmbH konzentrierte sich auf die Entwicklung eines Mikrokultursystems zur schnellen Vermehrung bakterieller Erreger sowie auf die Etablierung einer optischen Methode zur Analyse des bakteriellen Wachstums. Im Projektverlauf wurde ein mikrofluidischer Verteilerchip mit vier Kultivierungseinheiten erfolgreich entwickelt und im Spritzgussverfahren hergestellt. Jede Einheit ermöglichte die Aufteilung der Bakterienlösung in zehn separate Nanoliter-Kammern. Parallel dazu wurde eine optische Methode zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts auf Basis der Fluoreszenzlebensdauer etabliert, mit der das bakterielle Wachstum in Echtzeit überwacht werden konnte. Diese Technologie wurde erfolgreich in Modellversuchen mit Escherichia coli eingesetzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich das Wachstum der Bakterien sowie die Wirkung unterschiedlicher Antibiotikakonzentrationen innerhalb von 5–6 Stunden eindeutig nachweisen lassen. Die Ergebnisse belegen das Potenzial des entwickelten Systems für eine schnelle, präzise und patientennahe Sepsisdiagnostik. As part of the SeptoSurvive project, an innovative microfluidic diagnostic system was developed to accelerate the detection of antibiotic resistance in sepsis. The goal was to reduce the time to a targeted therapy decision from the current 24–48 hours to under 6 hours. The subproject led by ibidi GmbH focused on developing a microculture system for rapid bacterial growth and establishing an optical method for analyzing bacterial proliferation. During the project, a microfluidic distribution chip with four cultivation units was successfully developed and manufactured using injection molding. Each unit enabled the division of the bacterial solution into ten separate nanoliter chambers. In parallel, an optical method for determining oxygen concentration based on fluorescence lifetime was established, allowing real-time monitoring of bacterial growth. This technology was successfully applied in model experiments with Escherichia coli. It was demonstrated that bacterial growth and the effects of different antibiotic concentrations could be clearly detected within 5–6 hours after the start of the experiment. The results confirm the potential of the developed system for fast, precise, and patient-oriented sepsis diagnostics.