Bei kritisch kranken Patienten auf der Intensivstation sind Infektionen der unteren Atemwege, wobei die beatmungsassoziierte Pneumonie (VAP) die häufigste Form darstellt, nach wie vor eine anhaltende Ursache für Morbidität, verlängerte mechanische Beatmung und erhöhte Letalität1,4. Das mikrobiologische Spektrum von auf der Intensivstation erworbenen Infektionen der unteren Atemwege (LRTIs) unterscheidet sich deutlich von dem bei ambulant erworbenen Erkrankungen. Multiresistente gramnegative Erreger (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii) dominieren, oft in polymikrobiellen Konstellationen, die eine empirische Therapie erschweren3,4. Opportunistische Pilze tragen eine zusätzliche Komplexitätsebene bei. Die invasive pulmonale Aspergillose, die einst als Kennzeichen starker Immunsuppression galt, wird heute zunehmend auch bei nicht-neutropenischen Intensivpatienten diagnostiziert, insbesondere nach schwerer Influenza und COVID-195. Bestehende diagnostische Algorithmen zur Aspergillose kombinieren kulturabhängige Verfahren mit geringer Ausbeute und die Antigentestung auf Galaktomannan (GM). Der GM-Assay ist jedoch durch gut dokumentierte diagnostische Zeitfenster und variable Sensitivität bei nicht-neutropenischen Wirtsorganismen eingeschränkt6. Jede Stunde Verzögerung bei der Einleitung einer geeigneten antimikrobiellen Therapie bei Sepsis ist mit einer messbaren Erhöhung der Sterblichkeit verbunden7. Insgesamt erfordern die Geschwindigkeit und Komplexität von Intensivstationeninfektionen diagnostische Werkzeuge, die der klinischen Dringlichkeit gerecht werden.
Die klassische mikrobiologische Kultur ist zwar für die Empfindlichkeitstestung unverzichtbar, jedoch grundsätzlich zeitlich limitiert: Die Durchlaufzeit beträgt 3 bis 5 Tage, anspruchsvolle Organismen werden übersehen, und die Positivrate bei Pilzkulturen bleibt niedrig8. Die metagenomische Next-Generation-Sequenzierung (mNGS) bietet eine unvoreingenommene Alternative, doch ihre klinische Anwendung wird durch hohe Kosten, eine Bearbeitungsdauer von 24 bis 48 Stunden, die Abhängigkeit von Bioinformatik-Pipelines und die begrenzte Eignung für die Point-of-Care-Diagnostik eingeschränkt9. PCR-basierte Testpanels haben die Zeitspanne verkürzt, erfordern jedoch weiterhin mehrstufige Nukleinsäure-Extraktion, thermocyclerbasierte Geräte und – bei herkömmlichen Verfahren – eine elektrophoretische Analyse nach der Amplifikation10. Keine dieser Plattformen erfüllt vollständig die zusammenlaufenden Anforderungen auf der Intensivstation: eine Dauer von weniger als einer Stunde, minimale manuelle Bearbeitungszeit, multiplexfähige Abdeckung von Pathogenen einschließlich Pilzen und ausreichende Bedienbarkeit für nicht-laborerfahrene Personal.
Die LAMP-Methode (loop-vermittelte isothermale Amplifikation) behebt mehrere dieser Einschränkungen. Erstmals von Notomi et al. beschrieben, amplifiziert die Methode Ziel-DNA bei konstanten 65 °C unter Verwendung eines Satzes von vier bis sechs Primern, die sechs unterschiedliche Regionen erkennen, wobei eine Strangverdrängungs-Polymerase zum Einsatz kommt11. Die Reaktion erzeugt charakteristische Stamm-Schleifen- und blumenkohlartige Amplikonstrukturen, die mittels Echtzeit-Fluoreszenz nachweisbar sind und S-förmige Kurven ergeben, sobald die Schwelle überschritten wird, was innerhalb weniger Minuten geschieht. Die Empfindlichkeit bei niedrigen Matrizenkonzentrationen ist hoch, und das Mehrfachprimer-Design verleiht eine Selektivität, die falsch-positive Ergebnisse begrenzt12,13. In Kombination mit mikrofluidischen Chip-Plattformen kann LAMP parallelisiert werden, sodass mehrere Zielstrukturen aus einer einzigen Probenaufgabe analysiert werden14. Frühere Arbeiten zeigten, dass LAMP-Chip-Systeme Atemwegserreger mit einer Durchlaufzeit deutlich unter drei Stunden nachweisen können15. Eine wesentliche Einschränkung dieser Systeme ist jedoch ihre Abhängigkeit von einer separaten, manuellen DNA-Extraktion, die zusätzliche Zeit, betriebliche Komplexität und Kontaminationsrisiken mit sich bringt.
Das hier beschriebene System beseitigt diesen Engpass. Aufbauend auf einem Einweg-Mikrofluidik-Chip in Scheibenform (86 mm Durchmesser) integriert es Probenzugabe, die nukleinsäurebasierte Reinigung mittels magnetischer Beads und die 16-plex LAMP-Amplifikation in einer einzigen geschlossenen Kartusche (Abbildung 1). Der Bediener führt lediglich einen kurzen manuellen Liquefaktions-Lyse-Schritt mit einem speziell konzipierten Probengefäß durch und gibt anschließend das Lysat sowie zwei Reagenzienfläschchen auf den Chip (Abbildung 2). Ab diesem Zeitpunkt übernimmt das Gerät vollständig automatisch die Nukleinsäure-Extraktion, die isothermale Amplifikation bei 65 °C und die Fluoreszenzdetektion und liefert innerhalb von 45 Minuten qualitative Ergebnisse für 15 klinisch relevante Zielstrukturen, nämlich 11 Bakterien, 3 Pilze (Aspergillus spp., Candida albicans, Pneumocystis jirovecii) und einen atypischen Erreger (Mycoplasma pneumoniae). Ein Gen der Neuroblastom-Breakpoint-Familie (NBPF), das als interne Kontrolle dient, überprüft in jedem Test die Probenqualität und die Reaktionsintegrität. Dieses Protokoll enthält Schritt-für-Schritt-Anleitungen für den gesamten Arbeitsablauf – von der Probenentnahme auf der Intensivstation über die Vorbehandlung, die Beladung des Chips, die automatisierte Detektion bis hin zur Ergebnisinterpretation – und richtet sich sowohl an Personal im klinischen Labor als auch an Teams an der Intensivbettseite.