Biosensor für personalisiertes Antibiotika-Monitoring

Die richtige Dosierung Antibiotikum kann entscheidend sein, ob eine Therapie optimal wirkt. Um diese individuell zu ermitteln, misst man klassischerweise Blutproben im Labor. Diese liefern jedoch in der Regel erst nach einem Tag Ergebnisse und sind aufwendig und teuer. Dr. H. Ceren Ates hat im Rahmen ihrer Promotion einen Sensor entwickelt und getestet, der Antibiotikakonzentrationen in verschiedenen Körperflüssigkeiten misst und bereits in kurzer Zeit Ergebnisse liefert. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für individuelle Therapien.

Der Sensor misst die Konzentration von Beta-Laktam Antibiotika, zu denen häufig verwendete Antibiotika wie beispielsweise Penicilline zählen. Möglich ist das mit diesem Sensor nicht nur invasiv durch eine Blutabnahme, sondern auch nicht-invasiv über Atemgaskondensat – zum ersten Mal überhaupt und innerhalb von 30 Minuten. Der Sensor ermöglicht auch eine Konzentrationsbestimmung in weiteren Körperflüssigkeiten wie Speichel oder Urin.

Handlich, schnell und präzise

„Wichtig beim Monitoring der Antibiotikakonzentration sind Genauigkeit, Schnelligkeit und einfaches Handling“, sagt H. Ceren Ates. Der neue Sensor kann bis zu acht verschiedene Proben oder Probentypen gleichzeitig auswerten, also zum Beispiel verschiedene Flüssigkeiten wie Blut und Atemgaskondensat. Damit ist er ein sogenannter Multiplex Sensor. Er ist handlich und kann direkt am Patientenbett oder beim Arzt genutzt werden, ohne aufwendiges Laborverfahren. Bei ersten Messungen im Tierversuch schnitt der Sensor ebenso gut ab wie Standardlaborverfahren mit Blut. Da die Messung über Atemgas nicht-invasiv und schnell ist, eignet sie sich insbesondere auch für kontinuierliche Messungen.

Der Biosensor arbeitet mit kleinsten Mengen an Flüssigkeiten. Weniger als ein Mikroliter, also nur ein winziger Teil eines Wassertropfens. Er funktioniert auf Basis einer antikörperfreien Testmethode, die die Antibiotikakonzentration in Abhängigkeit zur Stromstärke anzeigt. Je weniger Strom, desto höher die Antibiotikakonzentration.

Individuelle Antibiotikatherapie

„Die wirksame Antibiotikadosis kann von Person zu Person erheblich variieren“, sagt H. Ceren Ates. Vor diesem Hintergrund hat sie eine KI-basierte Methode entwickelt, die anhand von Echtzeit-Patientendaten den individuellen Genesungsverlauf überwacht und vorhersagt. Ziel ist es, die Dosis auf das individuelle Genesungsprofil jedes Patienten abzustimmen. Wie ein GPS kann das Modell Ärztinnen und Ärzten als Orientierungshilfe dienen: Es analysiert den aktuellen Zustand eines Patienten und bewertet die Wirksamkeit der aktuellen Dosierungsstrategie auf der Grundlage früherer Messungen. Es liefert quantitative Informationen darüber, wie schnell sich der Patient oder die Patientin einem gesunden Zustand nähert oder sich davon entfernt. Auf dieser Grundlage können Ärztinnen und Ärzte die Dosierung individuell anpassen. Erste Tests mit dem System waren erfolgreich; es soll nun in weiteren Studien evaluiert werden.

Bertha-Benz-Preis und Gips-Schüle Nachwuchspreis

Für ihre Promotionsarbeit “Multiplexed bionsensors toward smart therapeutic drug management of antibiotics” hat die Wissenschaftlerin in der Forschungsgruppe von Prof. Can Dincer kürzlich gleich zwei Auszeichnungen erhalten: Den Bertha-Benz-Preis 2025 der Daimler und Benz Stiftung und den Gips-Schüle-Nachwuchspreis 2025 der Gips-Schüle Stiftung.

„Ich freue mich sehr über die Auszeichnungen. Auf längere Sicht möchten wir das System so weiterentwickeln, dass es auch in Wearables integriert werden kann. Zudem möchten wir das System erweitern, um beispielsweise auch Entzündungsmarker zu detektieren“, sagt Ates.