Individuelle Antibiotikatherapie – Point-of-Care-Bestimmung des beta-Laktam-Antibiotikaspiegels im Blut mittels Coated-Blade-Spray-Ionenmobilitätsspektrometrie

• Antragsteller: Dr. Thorsten Perl; Professor Dr.-Ing. Stefan Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568359606

Bereits schon jetzt stellt die steigende Resistenz bakterieller Erreger gegen Antibiotika eine enorme Herausforderung in der Medizin dar. Angesichts der eingeschränkten Entwicklung neuer Antibiotika wird sich diese Situation weiter verschärfen. Daher konzentriert sich die aktuelle Antibiotikatherapie auf eine rationale und optimale Anwendung der vorhandenen Wirkstoffe. Die große Gruppe der beta-Laktam-Antibiotika spielt dabei eine zentrale Rolle, wobei der therapeutische Erfolg vor allem von einer ausreichenden Antibiotikakonzentration am Infektionsort über einen Zeitraum von > 60 % des Therapieintervalls abhängt. Für kritisch kranke Patienten bedeutet dies eine häufige, individuelle Anpassung der Dosierung, was eine wiederholte Bestimmung des Antibiotikaspiegels erfordert - Therapeutisches Drugmonitoring (TDM). Aktuell erfolgt das TDM für beta-Laktam-Antibiotika mittels zeitaufwendiger chromatographischer Verfahren in Großlaboren. Dies führt zu einer erheblichen Verzögerung zwischen Probennahme und Verfügbarkeit der Ergebnisse. Der Bedarf an schnellen Point-of-Care-Methoden zur Bestimmung der Antibiotikakonzentration für eine patientenindividuelle Dosierungsanpassung ist daher groß. Ein innovativer Ansatz zur schnellen Messung von Antibiotika, der in diesem Vorhaben den messtechnischen Schwerpunkt darstellt, ist die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) in Verbindung mit der Coated-Blade-Spray-Methode (CBS). Die CBS-IMS benötigt keine chromatographische Trennung, sondern nutzt die Festphasenmikroextraktion in Kombination mit der Elektrosprayionisation (ESI). Dabei wird eine mit einer Extraktionsphase beschichtete Metallklinge als ESI-Emitter genutzt, die direkt ins entnommene Vollblut eingetaucht wird. Die beschichtete Metallklinge dient hier also zur selektiven Extraktion von Antibiotika direkt aus dem Blut ohne aufwendige Probenvorbereitung und gleichzeitig als Emitter für die nachfolgende Elektrosprayionisation, wobei sich die meisten sonstigen Bestandteile im Blut nach der Extraktion leicht vom Emitter abspülen lassen, sodass die ansonsten schwierige Matrix von Blut unkritisch ist. Ziel dieses Vorhabens ist somit die Entwicklung einer neuen Point-of-Care-Methode basierend auf der CBS-IMS für eine signifikante Verbesserung der therapeutischen Ergebnisse, indem eine schnellere Anpassung der Antibiotikatherapie an die individuellen Bedürfnisse der Patienten ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang sollen auch die multivariaten klinischen Einflussfaktoren auf die Messgenauigkeit untersucht werden, um letztlich einen neuen Algorithmus zur personalisierten Dosisanpassung bei kritisch kranken Patienten auf Basis des TDM zu entwickeln. Schließlich erfolgt eine eingehende Charakterisierung der CBS-IMS im klinischen Umfeld, wobei insbesondere die erreichbare Messunsicherheit eine zentrale Rolle spielt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen