Robert Koch entdeckte 1882 Mycobacterium tuberculosis, den Erreger von Tuberkulose. Er nutzte für seine Arbeit Optik von ZEISS. Noch heute leisten Labormikroskope von ZEISS im Kampf gegen Infektionskrankheiten einen wichtigen Beitrag.

Infektionskrankheiten sind ein Risikofaktor

Infektionskrankheiten sind erregerbedingte Erkrankungen des Körpers, die je nach Konstitution des Betroffenen unterschiedliche Krankheitsverläufe zeigen. In pharma- und biomedizinischer Forschung sind gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern Medikamente entwickelt worden. Trotz möglicher Behandlung durch Antituberkulotika ist beispielsweise die bakterielle Infektionskrankheit Tuberkulose unter den Top 10 der häufigsten Todesursachen (1). Tuberkulose wird überwiegend durch Tröpfcheninfektion verbreitet und greift dadurch zuerst die Lungen (Abbildung 1) an.



Die Entwicklung multiresistenter Stämme und die Koinfektion mit dem HIV-Virus erschweren den Krankheitsverlauf, jedoch kann Tuberkulose bei früher Erkennung und konsequenter Behandlung geheilt werden. Eine schnelle Untersuchung ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor: je früher die Behandlung eines Tuberkulose-Patienten beginnen kann, umso größer ist die Chance auf vollständige Heilung.

Bewährter Standard: Sputumuntersuchung im Mikroskop

Die Untersuchung von Sputum im Mikroskop ist Goldstandard und gängige Praxis in medizinischen Laboren. Dazu wird ein Abstrich von Sputum auf einen Objektträger aufgebracht, fixiert und mit Farbstoff angefärbt. Das Präparat wird nicht mit einem Deckglas versehen. Beim Einsatz des Durchlicht-Hellfeldverfahrens wird aufgrund der geringen Größe der Ziehl Neelsen angefärbten Krankheitserreger häufig mit 100er Objektiven gearbeitet. Bei einer solchen Objektivvergrößerung ist das überschaubare Objektfeld entsprechend klein. Die Folge: das Durchmustern der Probe ist vergleichsweise zeitaufwändig. Der Einsatz des Fluoreszenz-Kontrastverfahrens kann die Sputum-Untersuchung beschleunigen. Die Fluoreszenzanregung lässt die spezifisch angefärbten Mykobakterien vor dunklem Hintergrund gelb-grünlich aufleuchten. Dadurch und durch die Nutzung eines 40er Objektivs mit größerem Objektfeld kann der Erregernachweis um bis zu viermal schneller erfolgen. Zudem kann die Sensitivität des Erregernachweises um bis zu 10 % erhöht werden.



Farbstoffe machen säurefeste Mykobakterien sichtbar

Um Tuberkuloseerreger einfach, schnell und sicher nachzuweisen und die Vorteile der Fluoreszenzmikroskopie zu nutzen, wird der Erreger in der Regel mit dem Farbstoff Auramin-O angefärbt. Dazu wird das Sputum auf einen markierten Objektträger gleichmäßig ausgestrichen. Der luftgetrocknete Ausstrich wird mit Hitze fixiert. Das nun aufgetragene Färbemittel Auramin-O setzt sich in den Zellwänden der Mykobakterien fest. Die Färbezeit beträgt ca. 20 Minuten. Danach wird ein Säure-Alkohol-Gemisch zur Entfärbung angewendet. Nicht säurefeste Bakterien verblassen und nur die säurefesten Mykobakterien bleiben weiterhin angefärbt. Das Säure-Alkohol-Gemisch wird danach mit destilliertem Wasser abgespült. Zur Gegenfärbung bieten sich unterschiedliche Farbstoffe an, wie beispielsweise Methylenblau, Kaliumpermanganat oder Tinte. Nach Lufttrocknung der Objektträger können die Tuberkelbakterien anschließend im Fluoreszenzmikroskop als leuchtende Stäbchen vor dunklem Hintergrund schnell identifiziert werden. Finden sich mindestens in 100 bis 300 Gesichtsfeldern keine säurefesten Stäbchen, liegt keine Erregerinfektion vor. Mit Hilfe der schnellen Erfassung mittels Fluoreszenzmikroskopie können bis zu 50 Präparate pro Tag bearbeitet werden.

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Hellfeld und Fluoreszenz: in ZEISS Primo Star iLED steckt Beides

Primo Star iLED ist ein LED-basiertes Fluoreszenzmikroskop. Clevere Details ermöglichen die leichte Handhabung und den flexiblen Einsatz des Gerätes:

  • • Durch wenige Handgriffe ist das Gerät als Hellfeldmikroskop und als Fluoreszenzmikroskop verwendbar.
  • • Der Einsatz von LEDs ist nicht nur wirtschaftlich: im Vergleich zur Quecksilberdampflampe als Fluoreszenzlichtquelle bietet die LED viele anwendungsorientierte Vorteile. Für den Feldbetrieb und für Regionen mit schwankender Stromversorgung wurde ein Akku-Pack entwickelt, mit dem das Fluoreszenzmikroskop mehrere Stunden ohne Stromanschluss betrieben werden kann.
  • • Die speziellen Augenmuscheln dunkeln das Umgebungslicht nahezu vollständig ab, so dass Arbeiten im Dunkelraum überflüssig wird.




Zusammenfassung

Für die Bekämpfung der Tuberkulose ist eine effiziente Untersuchung mit anschließender Behandlung der Betroffenen essentiell. Aus diesem Grund empfiehlt die WHO die Untersuchung der Sputum-Untersuchung mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie. Da die Mykobakterien im Fluoreszenzkontrast vor dunklem Hintergrund aufleuchten und gleichzeitig mit einem 40× Objektiv gearbeitet werden kann, kann dieses Verfahren die Untersuchung der Ausstriche beschleunigen.


“Primo Star iLED ist die lang ersehnte Antwort auf die drei drängendsten Probleme der Tuberkulose-Mikroskopie unserer Partnerländer.

  • 1. Das Mikroskop bietet Fluoreszenzund Durchlicht-Hellfeldmikroskopie in einem, verlangt aber weder Wechsel oder Justieren von Lampen, noch Köhlern. Der Wechsel zwischen Fluoreszenz- und Hellfeldbeleuchtung gelingt mit einem einzigen Umlegschalter. Wenn die Bedienung des Mikroskops so einfach wird, erleichtert das die Ausbildung der Mikroskopiker enorm.
  • 2. Neben dem günstigen Kaufpreis besticht Primo Star iLED durch eine Reduktion der laufenden Kosten der Fluoreszenzmikroskopie von über einem Dollar pro Stunde auf weniger als einen halben Cent. Das gelang infolge des Austauschs der teuren Quecksilberdampflampe durch preiswerte und langlebige Leuchtdioden. So wird die diagnostisch bessere Fluoreszenzmikroskopie für jedermann erschwinglich.
  • 3. Primo Star iLED braucht kaum Strom und lässt sich für viele Stunden mit Batterien versorgen. So kann auch in den Gegenden Tuberkulose-Mikroskopie angeboten werden, in denen keine sichere Stromversorgung gewährleistet ist. Primo Star iLED ist ein Tausendsassa in handlicher, robuster Form und mit attraktivem Design. Es wird sicher ein fester Bestandteil der Tuberkulosediagnostik in unseren Partnerländern werden.“

Dr. med. Harald Hoffmann
Leiter des Instituts für Mikrobiologie und Laboratoriumsdiagnostik München-Gauting; WHO Supranationales Referenzlaboratorium für Tuberkulose

Referenz

[1] WHO Global Tuberculosis Report 2019.

https://www.who.int/tb/publications/ global_report/ tb19_Exec_Sum_12Nov2019.pdf?ua=1

Die Verfasserin dankt Dr. Harald Hoffmann für die freundliche Unterstützung bei der Erstellung dieser Applikation Note.