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Wissen & Umwelt

Mit Laser gegen Malaria

Jährlich sterben weltweit mehrere hunderttausend Menschen an Malaria. Forscher haben jetzt ein Gerät entwickelt, das den Kampf gegen die Krankheit revolutionieren könnte. Doch wie sicher ist die neue Technologie?

Mit schätzungsweise 300 Millionen Infektionen und 600.000 Todesfällen jährlich ist Malaria eine der gefährlichsten Krankheiten. Übertragen durch den Stich einer weiblichen Anopheles-Mücke, befallen Parasiten der Gattung Plasmodium das Blut des Infizierten und sorgen für hohes Fieber, Schüttelfrost, Magen-Darm-Beschwerden und Krämpfe, was im schlimmsten Fall zum Tod führt.

Die fast überall auf der Welt vorkommende Infektion kann sich vor allem deshalb ausbreiten, weil sie meist nicht rechtzeitig und effizient genug diagnostiziert wird – in vielen Regionen der Welt fehlen schlicht technische Mittel und geschultes Personal. Forschern von der Rice Universität in Texas könnte jetzt ein entscheidender Schritt gelungen sein, um Malaria nicht nur schneller, sondern auch genauer und kostengünstiger bestimmen zu können. Und das, so die Wissenschaftler, ohne Labortests oder besonders ausgebildete Fachkräfte.

Eine neue Wunderwaffe?

Die neue Methode nennt sich "Vapor nanobubble technology" und arbeitet mit einem Laser, um mit Malaria infizierte Zellen aufzuspüren. Dieser Laser "entdeckt" Hemozoin, ein kristallines Nebenprodukt des Hämoglobin, das nur dann entsteht, wenn für Malaria verantwortliche Plasmodium-Parasiten in einer Zelle am Werk sind. Mit anderen Worten: In gesunden roten Blutkörperchen kommt Hemozoin nicht vor, was die Diagnose, sagt Entwickler Dmitri Lapotko so genau und quasi unfehlbar macht: "Wir haben die erste Methode entwickelt, die Malaria innerhalb von Sekunden und ohne den Gebrauch von Blutproben und Reagenzien aufspüren kann", so der Zellbiologe.

Die Erfindung ist laut Lapotko absolut zuverlässig und soll Malaria selbst dann noch bestimmen können, wenn nur 0,00034 Prozent der Körperzellen davon befallen sind – das zumindest hätten Tests an Mäusen ergeben. Ein Niedrigfrequenz-Laser beschießt für eine Pikosekunde, den billionsten Teil einer Sekunde, die mutmaßlich mit Malaria infizierten Zellen. Die Energie des Lasers wird von den Hemozoin-Kristallen absorbiert und heizt sie soweit auf, dass sich um die Kristalle herum nur Nanometer große Dampfblasen bilden, so genannte "vapor nanobubbles". Zerplatzen diese Blasen, gibt es für eine Zehnmillionstel-Sekunde ein einzigartiges akkustisches Signal, das ein an den Laser angeschlossener Sonar erfassen kann. "Die Nano-Dampfblasen bilden sich nur dank dieser Stimulation und nur um Hemozoin", erklärt Studienteilnehmerin Ekaterina Lukianova-Hleb. "Es gab daher keine Fehlversuche, bei denen beispielsweise Malaria irrtümlich in einer gesunden Zelle diagnostiziert worden wäre."

Kleine Blasen, große Wirkung

Besonders praktisch: Die im Test verwendete Technik soll in ein batteriebetriebenes tragbares Gerät passen, das quasi überall einsetzbar wäre und künftig jährlich bis zu 200.000 Menschen diagnostizieren könnte. David Sullivan, Malaria-Forscher an der John Hopkins Universität in Baltimore und Co-Autor einer Studie über die "Vapor nanobubble technology" sagt: "Diese Diagnose-Methode trägt dazu bei, Malaria schneller und sicherer indentifizieren zu können, und kann zudem auch von nicht medizinisch geschultem Personal durchgeführt werden." Zudem solle der Test mit etwa 50 Cent pro Diagnose nur halb so teuer sein wie bisher übliche Methoden. Da dank der neuen Technologie Malaria innerhalb weniger Sekunden vor Ort diagnostiziert werden könne, entfielen dadurch auch Labor- und Personalkosten.

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Einsatz gegen die Malaria-Mücke

Die "Vapor nanobubble technology" ist, so versichern die Entwickler, die erste nicht-invasive Methode zur Malaria-Diagnostik. Anders als bei anderen Tests ist also keine Blutentnahme von Nöten. Nach erfolgreichen Versuchen an Mäusen hat man bereits Anfang 2014 mit den ersten Test-Reihen an menschlichen Probanden begonnen. Sollte die von Lapotko und seinem Team entwickelte Technik tatsächlich derart präzise sein, könnte sie den Kampf gegen Malaria revolutionieren: Bisher übliche Tests sind entweder zu wenig empfindlich und exakt oder zu zeit- und kostenaufwendig. Bereits seit 1993 forscht Zellbiologe Dmitri Lapotko an roten Blutkörperchen und den "vapor nanobubbles", seit 2011 hat er mit seinen Kollegen an der Rice University seine neuartige Diagnose entwickelt. In etwa anderthalb Jahren sollen die ersten Testreihen abgeschlossen sein, Lapotkos Gerät wäre dann auch in der Praxis einsetzbar.

Kein Weltverbesserer

Der Gedanke, der Einsatz von Lasertechnologie könne Menschen möglicherweise abschrecken, ficht ihn nicht an: "Unser Gerät ist sehr sicher." Weder seien Haut- oder Blutzellen durch den Einsatz beschädigt worden, noch hätten Probanden Angst oder Schmerz verspürt. Als Weltverbesserer möchte Lapotko übrigens nicht gesehen werden: "Unsere Erfindung ist keine 'Botschaft', wir sind ja schließlich keine Geistlichen oder Politiker. Es geht einzig und allein darum, Medizinern weltweit dabei zu helfen, Menschen besser behandeln zu können."

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