Mit dem 3D-gedruckten Gerät können lebende Biosensoren vor Ort eingesetzt werden

Gentechnisch veränderte Organismen oder GMOs unterliegen einer strengen Regulierung. In einem Artikel mit dem Titel “An Additive Manufacturing Approach that Enables the Field Deployment of Synthetic Biosensors”, erklärt eine Gruppe von Forschern, dass lebende Biosensoren, die zur Diagnose von Krankheiten eingesetzt werden können, als GMOs angesehen werden und daher derselben Verordnung unterliegen. Die Verwendung des 3D-Drucks ist eine Möglichkeit, diese Biosensoren sicher und für den Einsatz vor Ort geeignet zu machen.

In ländlichen und weniger entwickelten Gebieten, so die Forscher, kann der Erreger P. aeruginosa in örtlichen Kliniken erworben werden. Der Organismus wird bei der Infektion in Lungenauswurfsproben gefunden und die Proben können gesammelt und in handelsübliche Probenröhrchen gegeben werden. Die Studie der Forscher konzentriert sich auf die Schaffung eines Biosensors, mit dem die Krankheit sofort diagnostiziert werden kann. Sie verwendeten E. coli als Biosensor, benötigten aber einen Weg, um die gefährlichen Bakterien sicher aus dem Labor zu transportieren. Sie druckten eine einzigartige Kappe, die die Bakterien vollständig umgibt, und sie können sicher auf einem Probenröhrchen mit Lungensputumproben versiegelt werden.

Wenn die Probe zur Analyse bereit ist, wird mit dem Finger des Benutzers Kraft auf die Kappe ausgeübt, wodurch der Biosensor von E. coli aus seinem 3D-gedruckten Gehäuse ausbricht und in die Probe fällt.

„Der Nachweis von 3O-C12, der von P. aeruginosa in der Probe produziert wird oder bereits in der Probe vorhanden ist, führt dazu, dass der lebende Biosensor mCherry produziert und die Probe rot wird. Diese Farbe kann durch Fluoreszenzanalyse oder visuell mit dem menschlichen Auge nachgewiesen werden“, erklären die Forscher. “Daher kann eine kolorimetrische Änderung in der Probe auf das Vorhandensein von P. aeruginosa in der Lunge hinweisen.”

P. aeruginosa fungiert weiterhin als opportunistischer Erreger in der Lunge von Patienten mit Mukoviszidose. Derzeit wird es entweder mit ELISAs (Enzyme Linked Immunosorbent Assays) oder PCR-Assays (Real-Time Polymerase Chain Reaction) diagnostiziert, die entweder teuer sind oder eine umfassende Schulung erfordern. Die Forscher hoffen, dass ihr Biosensor mit seinem sicheren 3D-gedruckten Eindämmungsgerät als kostengünstige und einfach zu verwendende Alternative verwendet werden kann.

Das 3D-gedruckte Gerät wurde in Autodesk Inventor entwickelt und 3D in ABS ULTRAT mit einem Zortrax M200 3D-Drucker gedruckt.

„Um den lebenden 3O-C12-Biosensor in das 3D-gedruckte Gerät einzuschließen, wurde ein 40-µl-Agar-Plug in die Bakterienbohrung im Gehäuse gegeben. Die konstruierten E. coli-Zellen wurden dann auf die Agaroberfläche plattiert“, stellen die Forscher fest. Nach einer Kultur über Nacht wurde der Kolben in das Gehäuse gedrückt und eine Presssitzdichtung wurde gebildet, um die Bakterienzellen aus der Umgebung zu isolieren. Die Kappe mit dem lebenden Biosensor könnte dann sicher auf das Feld gebracht und vor Gebrauch bis zu 30 Tage im Kühlschrank aufbewahrt werden.“

Der Biosensor erkennt schnell das Vorhandensein des P. aeruginosa-Erregers und sollte aufgrund seiner Einschließung in das 3D-gedruckte Gerät weit weniger regulatorischen Hürden ausgesetzt sein, so dass er außerhalb des Labors frei eingesetzt werden kann.

„Das 3D-gedruckte Gerät macht den GMO zu einer Komponente des Gesamtgeräts und sorgt dafür, dass der Biosensor von der Umgebung isoliert wird“, schließen die Forscher ab. „Durch den 3D-Druck dieses Geräts kann unser lebender Biosensor mit seiner Vielseitigkeit zur Verarbeitung von Umwelteinflüssen vor Ort als eine neuartige, kostengünstige Diagnosetechnologie eingesetzt werden.“

Autoren des Artikels sind Daniel Wolozny, John R. Lake, Paul G. Movizzo, Zhicheng Long und Warren C. Ruder.