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Biosensoren

Der Sepsis auf den Fersen

26. Juli 2021, 14:30 Uhr   |  Matthew Rodencal (Sanmina)*

Der Sepsis auf den Fersen
© Pixabay

Rote Blutkörperchen (Symbolbild)

Wie optische Biosensoren helfen, Blutvergiftungen schneller zu erkennen

In den letzten zehn Jahren nahmen sowohl die Beliebtheit als auch der Einsatz von Wearables exponentiell zu. Neue tragbare Geräte in Form von Armbändern und Uhren bieten ihren Nutzern und Nutzerinnen auf bequeme Art und Weise eine Vielzahl von Informationen zum Lebensstil und grundlegende persönliche Gesundheitsdaten, zum Beispiel die Herzfrequenz oder die Anzahl der zurückgelegten Schritte – zum Teil in Echtzeit. 

Im klinischen Umfeld konzentrieren sich Forschende immer mehr auf die Entwicklung neuer Geräte, die selbst komplexere Gesundheitsinformationen der Patienten und Patientinnen innerhalb weniger Minuten identifizieren. In manchen Szenarien könnten diese zum Beispiel invasive Methoden wie Abstriche oder Blutentnahmen ersetzen, indem optische Biosensoren am Finger oder an anderen Körperbereichen angebracht sind. Diese Forschungen haben durchaus das Potenzial, anfängliche Screenings zum Identifizieren von Infektionen und Organstörungen zu transformieren und vor allem zu beschleunigen. Das spart wichtige Zeit ein, wenn sich beispielsweise der Zustand eines Patienten rapide verschlechtert und schnelle Entscheidungen bezüglich der Behandlungsoptionen lebenswichtig sind.  

Neue Biosensoren zur schnellen Sepsis-Diagnose

Die meisten derzeit erhältlichen tragbaren Geräte überwachen die Sauerstoffsättigung der Patienten anhand von zwei auf die Haut gerichteten optischen Wellenlängen (Infrarotlicht und rotes Licht). Mithilfe von Algorithmen werden diese Daten in akkurate Werte umgewandelt. Neue tragbare Biosensoren, die sich noch in der Entwicklungsphase befinden, können mindestens fünf Wellenlängen des Lichtes (Infrarot, Rot, Grün, Blau und Ultraviolett) messen. In Kombination mit der Photoplethysmographie (PPG) sowie einer intelligente Signalverarbeitung am Endothel (= Zellschicht an der Innenfläche der Blut- und Lymphgefäße) könnten zum Beispiel Infektionen, Blutvergiftungen sowie asymptomatische und symptomatische Covid-19-Verläufe schneller erkannt werden.

Oft leiden Patienten und Patientinnen mit einem geschwächten Immunsystem an einer endothelialen Dysfunktion, wodurch die Zellen während einer Infektion schneller abgebaut werden. Im schlimmsten Fall führt dies zu einer Sepsis; der Hauptursache krankheitsbezogener Todesfälle in Krankenhäusern. Eine frühzeitige Diagnose ist jedoch im klinischen Alltag schwer zu erreichen, weil sie durch Zeitverzögerungen bei Labor- und radiologischen Untersuchungen erschwert wird. Biosensoren zur Überwachung des Endothels liefern hingegen Echtzeitdaten über die Gesundheit der Zellen sowie zu den Hauptorganen. Dadurch ließe sich der klinische Nachweis schneller einholen. 

Weitere Einsatzszenarien möglich

Die PPG-Technologie hat sich auch beim Mapping der Organfunktionen als wertvoll erwiesen.  Außerdem existieren Modelle des menschlichen Körpers, um spezielle Algorithmen zur Klassifizierung bestimmter Krankheitsgrade zu erstellen. Die Modelle basieren sowohl auf angewandtem maschinellem Lernen als auch klinischen Beobachtungen.

Der Umfang an klinischer Forschung zu optischen Biosensoren könnte zudem neue Türen in der Patientenversorgung öffnen. Informationen aus dem Krankenwagen, den Laboren und Arztpraxen würden deutlich früher zur Verfügung stehen. Das hilft dem Personal im Krankenhaus, die erforderlichen Pflegemaßnahmen schneller zu ermitteln, weil von vornherein mehr Details als nur ein »positives« oder »negatives« Testergebnis der ersten Screenings geboten wird. 

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*Aus dem Englischen von Abshir Hersi

(me)

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