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Gesundheit und Mensch

Europäischer Erfinderpreis 2017: Blutschnelltest für Malaria

Das niederländisch-österreichische Erfinderduo hat einen computerbasierten Test für Malariainfektionen entwickelt – ein bedeutender Fortschritt bei der Bekämpfung einer Krankheit, von der weltweit über 200 Millionen Menschen betroffen sind.

Das Europäische Patentamt hat den niederländischen Produktmanager Jan van den Boogaart (57) von Siemens Healthineers und seinen österreichischen Forscherkollegen Prof. Dr. Oliver Hayden (45) mit dem Erfinderpreis 2017 ausgezeichnet. Die patentierte Erfindung der beiden Siemens Healthineers-Mitarbeiter umfasst eine automatisierte Methode die lebensbedrohliche Krankheit Malaria zu erkennen.

Basierend auf eigenen Forschungen entwickelten sie gemeinsam eine Methode für Advia 2120i Hematology System von Siemens Healthineers. Bisher erfolgt die Diagnose der Tropenkrankheit über vergleichsweise zeitintensive, komplizierte und auch teure Verfahren. Dank dieser Methode könnten in Zukunft Malaria-Tests auf dem Advia 2120i Hematology System im Rahmen eines Blutbildes automatisiert durchgeführt werden. Der große Vorteil hierbei ist die hohe Durchsatzfähigkeit bei geringeren Kosten, im Vergleich zu bisherigen Verfahren, wie beispielsweise das Mikroskopieren.

Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) war im Jahr 2015 nahezu die Hälfte der Weltbevölkerung von Malaria bedroht. 429 000 Menschenleben forderte die Tropenkrankheit im Jahr 2015, zwei Drittel davon waren Kinder unter fünf Jahren. Die Diagnose wird durch die unspezifischen Symptome erschwert: hohes Fieber, Schüttelfrost, Kopfschmerzen und ein allgemeines Schwächegefühl. In Afrika südlich der Sahara grassiert die Tropenkrankheit in besonders schwerem Ausmaß: 90 Prozent der Malaria-Fälle und 92 Prozent der Malaria-Todesopfern sind dieser Region zuzurechnen.  

Jan van den Boogaart und Oliver Hayden, Gewinner des Europäischen Erfinderpreises 2017 in der Kategorie “Industrie”, auf der Preisverleihung am 15. Juni in Venedig.

Hier wurde auch die Idee für die automatisierte Testmethode geboren. Jan van den Boogaart führte dort eine Anwender-Schulungen für Advia 2120i Hematology System durch - ein Analysegerät, welches komplette Blutbilduntersuchungen durchführt. 

Das umfasst unter anderem Zählungen und Analysen von Blutzellen, deren Veränderungen und die Identifizierung von Anomalien in Größe und Volumen, um bei der Erkennung von Anämie, Infektionen, Blutkrebs und Immunsystemstörungen zu helfen. Dabei wurde er von einer südafrikanischen Kollegin auf eine Besonderheit aufmerksam gemacht. „Bei der Auswertung der Testergebnisse unseres Hämatologie-Systems bemerkte sie einige Übereinstimmungen in den Blutwerten von Malaria-Patienten. Doch sie konnte kein eindeutiges Muster finden“, erzählt van den Boogaart.

Vergleich unzähliger Blutproben

Der gelernte Labortechniker arbeitet seit 36 Jahren im Hämatologie-Bereich: erst in einem Krankenhauslabor, dann als Field Service Officer und schließlich als Produktmanager bei Siemens Healthineers. Sein Wissen um Blutuntersuchungen und die dadurch bestimmbaren Krankheiten ist eindrucksvoll. Van den Boogaart erkannte das Potential dieses Hinweises. Er setzte sich mit dem Thema auseinander und informierte sich über den aktuellen Forschungsstand. Dann führte er seine eigene Datenerhebung durch. Er verglich Blutproben von Nicht-Infizierten mit Malaria-infizierten Blutproben aus Südafrika. Die Daten legte er in einer großen Excel-Datei an. Ebenfalls aufgelistet waren die Messdaten, die das Advia 2120i Hematology System ausgibt. 500 Parameter umfasst das System, darunter die Anzahl der roten sowie weißen Blutkörperchen. Eine Malaria-Infektion hinterlässt Spuren in spezifischen Parametern, die als Teil der Blutanalyse durchgeführt werden. Beispielsweise verringert sich die Anzahl der Blutplättchen - die kleinsten Blutzellen, welche die Blutstillung bei Verletzungen unterstützen. Doch vieles trifft auch auf andere Krankheiten zu.

Es galt, Werte zu finden, die sich eindeutig auf Malaria zurückführen lassen. Van den Boogaart wandte sich an Prof. Dr. Oliver Hayden, bisheriger Leiter der In-Vitro-Diagnostik und Bioscience Deutschland von Siemens Healthineers. Der Biochemiker habilitierte sich im Jahr 2005 im Fachbereich Analytische Chemie an der Universität Wien und ist seit zehn Jahren unter anderem für das Technology Center, der Innovationsschmiede von Siemens Healthineers, tätig. Gemeinsam identifizierten sie eine Kombination aus Parametern, die bestimmen, ob ein Patient an Malaria leidet - daraus entwickelten sie die Methode für das Advia 2120i Hematology System. Der automatisierte Test des Systems sucht nicht nach den Malaria-verursachenden Parasiten, sondern nach krankheitsbedingten Veränderungen in den Blutplättchen und den Immunzellen. „Der Erreger versteckt sich vor dem Immunsystem in den roten Blutzellen und die Infektion ist im Rahmen eines automatisiert erstellten Blutbildes nicht direkt nachweisbar. Insgesamt erkannten wir jedoch eine Kombination aus verschiedenen Malaria-bedingten Veränderungen der Blutzellen - eine Art Fingerabdruck der Parasitenabwehr. Daraus entwickelten wir die Methode, die Malaria schnell, sicher und bei hohem Testaufkommen mithilfe des Advia 2120i Hematology Systems detektieren kann“, sagt Hayden.

„Jan und ich werden von der Idee angetrieben, erschwingliche Technologien zu entwickeln, die einen Einfluss auf die Verbesserung der gesundheitlichen Bedingungen von Milliarden haben.“

Die Idee von erschwinglichen Technologien

Die bisher sicherste Methode ist die mikroskopische Untersuchung des Blutes auf Plasmodien, jene Parasiten, die durch weibliche Anopheles-Moskitos auf den Menschen übertragen werden. Diese Methode setzt geschultes Personal mit Erfahrung voraus, da es nicht einfach ist, Plasmodien unter dem Mikroskop zu erkennen. Darüber hinaus ist dieser Vorgang sehr zeitintensiv und kann bis zu einer Stunde für eine einzelne Probe in Anspruch nehmen. In den letzten Jahren wird auch zunehmend die Malaria Diagnose mithilfe von  Schnelltests ohne Mikroskopie durchgeführt: Ein Teststreifen, welcher parasitenspezifische Antigene detektiert. Dieser ist jedoch bei falscher Anwendung unsicher und zudem kostenintensiv.

Jan van den Boogaart (links) und Dr. Oliver Hayden.

Bei einem Moskito-Stich werden die Parasiten innerhalb kurzer Zeit mit dem Blutstrom in die Leber getragen. Dort vermehren sie sich, sind jedoch zunächst inaktiv und legen teilweise eine Ruhephase ein. Es kann bei manchen Malariaformen Jahre dauern, bis sie aktiv werden. Dringen die Erreger in den Blutkreislauf ein, befallen sie rote Blutkörperchen, um sich darin vor dem Immunsystem zu verstecken und sich weiter zu vermehren. Die infizierten Blutkörperchen platzen auf und geben den Erreger frei, um wiederum andere Blutkörperchen zu infizieren. Dieser sich wiederholende Prozess entzieht dem Körper Sauerstoff und verursacht intervallartiges hohes Fieber und Schüttelfrost. Natürliche Abwehrkräfte gegen Malaria entwickeln sich erst über Jahrzehnte, die die Symptome der Infektion dämpfen. Das wenig ausgeprägte Immunsystem vieler Kinder unter fünf Jahren ist auch der Grund, warum die Kindersterblichkeit bei Malaria besonders hoch ist. Ein schnelles und massentaugliches Diagnoseverfahren könnte tausende Leben retten.

„Jan und ich werden von der Idee angetrieben, erschwingliche Technologien zu entwickeln, die einen Einfluss auf die Verbesserung der gesundheitlichen Bedingungen von Milliarden haben. Infektionsdiagnostik, die mit automatisiert erstellten Blutbildern erfolgen kann, hat ein hohes Potential für die klinische Routine“, sagt Hayden.

Wie es bei Medizinprodukten üblich ist, folgen nun nach der Entwicklungsphase umfassende klinische Studien. Das Ende der Forschungen ist damit dennoch nicht erreicht. "Wir sammeln derzeit weitere Proben, um zu untersuchen, ob die Methode prinzipiell auf andere Krankheitserreger angewendet werden kann", fügt der Hämatologie-Spezialist van den Boogaart hinzu. Die automatisierte Detektion von Malaria gibt einen Ausblick darauf, was noch möglich sein kann. In der Kategorie "Industrie" werden jährlich herausragende und erfolgreiche Technologien geehrt, für die europäische Großunternehmen Patente erhalten haben. Mit der Verleihung des Erfinderpreises würdigt das Europäische Patentamt engagierte Menschen, die durch neue Ideen und hohen Einsatz den technologischen Fortschritt vorantreiben.  

Julia Donhauser