DAS „EUROPEAN MOBILE LAB" PROJEKT - AUFBAU SCHNELL-VERLEGBARER LABOREINHEITEN ZUR FELDDIAGNOSTIK GEFÄHRLICHER KRANKHEITSERREGER IN AFRIKA

Aus der Abteilung Med. B-Aufklärung und Verifikation des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr, München¹, (Institutsleiter Oberstarzt Prof. Dr. L. Zöller) und der Abteilung für Virologie (Abteilungsleiter Prof. Dr. Stephan Günther) des Bernhard-Nocht-Instituts für Tropenmedizin, Hamburg² (Prof. Dr. Rolf Horstmann)

Kilian Stoecker¹, Erna Fleischmann¹, Brigitte Gramsamer¹, Martin Gabriel², Stephan Günther² und Roman Wölfel¹

Zusammenfassung

Schnell verlegbare Feldlabor-Einheiten sind ein entscheidendes Werkzeug bei der Erkennung und Eindämmung von Ausbrüchen gefährlicher Infektionskrankheiten in Ländern mit einer begrenzten Gesundheitsinfrastruktur. Aufgrund fehlender derartiger Fähigkeiten benötigen viele afrikanische Länder immer wieder die Unterstützung internationaler Hilfsorganisationen. Zur Verbesserung dieser Situation beauftragte die Europäische Kommission ein Konsortium europäischer Forschungseinrichtungen mit der Bereitstellung schnell-verlegbarer Laboreinheiten zur feldbasierten Diagnostik von gefährlichen Krankheitserregern in Afrika südlich der Sahara sowie mit der Schulung von europäischem und afrikanischem Personal in der Handhabung dieser Labore. Kern dieses Projektes war die europaweit derzeit einzigartige Fähigkeit eines schnell verlegbaren B-Labors am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr (InstMikroBioBw).

Basierend auf dem mehrfach im Einsatz erprobten militärischen B-Labor des InstMikroBioBw wurden 2013 drei identische zivile Laborausstattungen aufgebaut und die bestehenden Labormethoden auf die Anforderungen des Projektes angepasst. Im Rahmen mehrerer Labortrainings und Feldübungen wurde europäisches und afrikanisches Laborpersonal in der Handhabung der Laboreinheiten unterwiesen.

Schlagworte: Schnell-verlegbare Laboreinheiten, feldbasierte Diagnostik, EMLab, EU

Summary

Rapidly deployable field laboratory units are a critical tool for the detection and containment of outbreaks of dangerous infectious diseases in countries with a limited health infrastructure. However, many African countries have no such capacities and repeatedly needed support from international organizations in the past. To improve this situation, the European Commission contracted a consortium of European research institutions to provide rapidly deployable laboratory units for field-based diagnosis of dangerous pathogens in sub-Saharan Africa, and for training of European and African personnel in handling of these laboratories. The currently unique European ability of a rapidly deployable Bio Lab of the Bundeswehr Institute of Microbiology (InstMikroBioBw) was selected as the basis for this project.
Based on the existing military bio laboratory of InstMikroBioBw three identical civilian lab units were built in 2013. Existing laboratory methods were adapted to the requirements of the project. European and African personnel was instructed in the handling of laboratory units during several laboratory training workshops and field exercises.

Keywords: Rapidly deployable laboratories; field based ­diagnosis, EMLab, EU

Einleitung

Ausbrüche gefährlicher und übertragbarer Infektionskrankheiten stellen in vielen Ländern der Welt nach wie vor eine große Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Zudem wächst durch den anwachsenden internationalen Tourismus und den globalisierten Handel das Risiko einer internationalen Ausbreitung derartiger Epidemien. Bakterielle und virale Krankheitserreger wie Pest, Ebola oder Lassafieber stellen dabei aufgrund der durch sie verursachten schweren Krankheitsbilder sowie ihrer hohen Kontagiösität die größte Bedrohung dar. Ausbrüche durch diese Erreger kommen regelmäßig besonders auf dem afrikanischen Kontinent in den Gebieten südlich der Sahara vor. Obwohl in vielen afrikanischen Ländern in den letzten Jahren beachtliche Fortschritte in der Diagnostik und Bekämpfung solcher Ausbrüche erzielt wurden, bestehen dort auf diesem Gebiet nach wie vor große Fähigkeitslücken bei der raschen Diagnostik. So verfügen viele dieser Länder weder über die logistischen noch die nötigen wissenschaftlichen Kapazitäten, um angemessen auf gefährliche Krankheitsausbrüche zu reagieren und sind daher in solchen Ausbruchsszenarien derzeit immer noch auf internationale Unterstützung angewiesen. Zudem besteht gerade bei viralen hämorrhagischen Fiebern das Problem, dass das klinische Erscheinungsbild einer Vielzahl anderer Krankheiten gleicht und daher eine schnelle und optimaler Weise feldbasierte molekulare Diagnostik zur einwandfreien Bestätigung der Krankheitsursache benötigt wird. Aufgrund dieser Situation ergibt sich die dringende Notwendigkeit, die jeweiligen nationalen und regionalen Kapazitäten bezüglich feldbasierter Ausbruchsdetektion, Bestätigung und Reaktion zu verbessern. Vor diesem Hintergrund beauftragte die Europäische Kommission als Teil der europäischen Außenpolitik das Projekt “Establishment of Mobile Laboratories up to Risk Group 4 in Combination with CBRN Capacity Building in Sub-Saharan Africa“ (EMLab). Ziel des EMLab-Projektes ist die Etablierung schnell-verlegbarer Laboreinheiten zur feldbasierten Diagnostik von gefährlichen Krankheitserregern in Afrika sowie die Schulung von europäischem und afrikanischem Personal in der Handhabung dieser Labore. Das durch das Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin koordinierte EMLab-Konsortium besteht, neben dem Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, aus europäischen Forschungseinrichtungen mit Hochsicherheitslaboren der Schutzstufe 4, sowie weiteren assoziierten Partnern (Abb. 1).
Aufgabe der Teileinheit Med. B-Aufklärung und Verifikation des InstMikroBioBw war es, drei identische zivile Versionen des bereits am Institut existierenden militärischen B-Labors aufzubauen sowie europäische und afrikanische Wissenschaftler in Workshops und Feldtrainings in der Handhabung dieser schnell-verlegbaren Laboreinheiten auszubilden. Jeweils eine der so entstandenen Laboreinheiten wird in Nigeria und Tansania stationiert werden, während die dritte Laboreinheit am InstMikroBioBw verbleibt, um im Bedarfsfall zusammen mit einem multinationalen europäischen Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in das jeweilige Operationsgebiet verlegt zu werden.

Entwicklungsschritte

Basierend auf dem existierenden schnell-verlegbaren B-Labor und der am InstMikroBioBw vorhandenen Expertise in der Felddiagnostik wurde zunächst der Gerätebedarf für die drei europäischen Labore ermittelt. Hierbei galt es vor allem auf die Feldtauglichkeit der Geräte zu achten. Insgesamt wurden mehr als 350 Einzelpositionen beschafft, auf Funktionsfähigkeit überprüft und inventarisiert. Aus diesem Gerätepool erfolgte die Zusammenstellung der drei einzelnen Laboreinheiten. Um sicherzustellen, dass die Laborgeräte auch nach einer Verlegung in tropische Regionen voll einsatztauglich sind, wurde sämtliches Material in stoßfeste, wasser- und staubdichte Kisten verpackt (Abb. 2). Durch die Begrenzung des Gewichts jedes einzelnen Packstücks auf maximal 31 kg wird eine rasche Verlegbarkeit der gesamten Ausrüstung als Passagiergepäck in zivilen Flugzeugen sichergestellt. Zudem erleichtert dieses Maximalgewicht den Transport und die Handhabung der Ausrüstung durch das typischerweise vier Personen umfassende Missionsteam (Abb. 3).
Die schnell verlegbare Laborausrüstung umfasst alle für die molekularbiologische, serologische oder mikroskopische Diagnostik benötigten Komponenten. Um ein hohes Maß an Flexibilität zu garantieren, sind die Laborkomponenten dabei modular zusammengefasst. Am Einsatzort wird das Labor angepasst an die vorhandene Infrastruktur aufgebaut. Dabei wird lediglich eine Mindestfläche von 20 m² benötigt. Durch Aufbau und Organisation der Laborarbeit wird eine strikte Trennung insbesondere der molekularbiologischen Analyseschritte sichergestellt. Die Energieversorgung des Labors erfolgt entweder über einen vor Ort beschafften Kleingenerator oder über Strom aus Autobatterien. Alle wichtigen Geräte und Verfahren der schnell verlegbaren Laboreinheiten sind mit Ersatz- und Alternativverfahren ausgestattet, um auch bei einem Geräteausfall eine jederzeitige Arbeitsfähigkeit sicherzustellen.
Das vorläufige diagnostische Spektrum des europäischen mobilen Labors ist auf Erreger viraler hämorrhagischer Fieber sowie auf einige bakterielle Krankheitserreger mit differentialdiagnostischer Bedeutung fokussiert. Die Inaktivierung potentiell kontagiöser Patientenproben findet in einem am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr entwickelten Handschuhkasten statt (Abb. 4). Dieser gewährleistet einen unter Feldbedingungen maximal möglichen Schutz und ermöglicht es dem Laborpersonal auf das Tragen einer persönlichen Schutzausrüstung zu verzichten. Dies ist insbesondere für den Einsatz der Labore in tropischen Regionen von Bedeutung, da dort die Arbeitszeit in persönlicher Schutzausrüstung durch das heiße Klima stark begrenzt wird. Da bei Feldeinsätzen eine ständige Kühlkette nicht immer gewährleistet werden kann, wurden die Reagenziensätze für molekularbiologische Nachweise (Polymerase-Kettenreaktion, PCR) auf gefriergetrocknete Mischungen umgestellt und validiert. Gegenwärtig werden für die verwendeten Verfahren und Geräte Standardarbeitsanweisungen verfasst.

Ergebnisse

Seit Projektbeginn wurden 28 europäische Wissenschaftler und technischen Laborassistenten (TA) der beteiligten Partnerinstitute für Einsätze ausgewählt und ausgebildet (Abb. 5). Bei der Auswahl der Teammitglieder wurden verschiedene Kriterien berücksichtigt: Neben fundiertem Wissen über diagnostische Laborverfahren standen Kriterien wie körperliche Fitness, Teamfähigkeit, psychische Belastbarkeit und bereits vorhandene Felderfahrung im Vordergrund. Im Rahmen eines einwöchigen Workshops wurden im September 2013 alle einsatzrelevanten Aspekte einer potenziellen Ausbruchsmission geübt. Dazu wurden die Teammitglieder in Kleingruppen aufgeteilt, die dann jeweils eigenverantwortlich die Verlegung, den Aufbau und den Betrieb einer verlegbaren Laboreinheit durchführten. Unter der Anleitung von Personal des InstMikroBioBw wurden die Laboreinheiten von den Teams in Gebäuden auf einem militärischen Übungsgelände aufgebaut. Nach einer Einführung in die Handhabung der verschiedenen Laborgeräte sowie des Handschuhkastens wurden die Probeninaktivierung sowie die anschließenden diagnostischen Verfahren geübt. Darüber hinaus beinhaltete die Ausbildung Trainingsmodule zur Licht- und Immunfluoreszenz-Mikroskopie, Kommunikation mittels VHF-Funk und Satellitentelefon sowie zur Stromversorgung der Laborausrüstung mittels Generator und Autobatterien. Im Rahmen komplexer Ausbildungsszenarien wurden abschließend Patientenproben an die Laborteams geliefert, die angenommen, dokumentiert und bearbeitet werden mussten. Im weiteren Verlauf wurden verschiedene realistische Herausforderungen mit steigerndem Schwierigkeitsgrad (wie etwa fehlende oder ungenügende Probenbeschriftung, Anlieferung der Proben durch unkooperatives Personal und Kontaminierung des Labors durch falsch verpackte Proben) an die Teams gestellt. Als letzter Punkt der Trainingsmission wurden die Laboreinheiten durch die Laborteams wieder abgebaut, verpackt und zurück nach München verlegt.

Ausblick

Im Rahmen des Projektes “Establishment of Mobile Laboratories up to Risk Group 4 in Combination with CBRN Capacity Building in sub-Saharan Africa“ (EMLab project, 2012-2015) wurden, basierend auf dem existierenden schnell-verlegbaren B-Labor und der vorhandenen Expertise in der Felddiagnostik am InstMikroBioBw, drei zivile verlegbare Laboreinheiten etabliert und stehen nun in München zur Verlegung bereit. Aus dem Personal der assoziierten Partnerinstitute wurde ein Pool von 28 Wissenschaftlern und TAs rekrutiert und im Rahmen einer Trainingsmission im Gebrauch der Laboreinheiten unterwiesen. Dabei wurden alle einsatzrelevanten Aspekte berücksichtigt. 2014 folgen weitere Trainingsmissionen in Europa und Nigeria, sowie 2015 ein Training in Tansania. Bereits heute steht der Europäischen Union eine voll einsatztaugliche und schnell verlegbare Laboreinheit zur Verfügung, welche im Ausbruchsfall von München aus in ein Ausbruchsgebiet in Europa, den Nahen Osten oder Afrika verlegt werden kann.

Bildquellen: Abteilung Med. B-Aufklärung und Verifikation des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr, München

Datum: 06.03.2014

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