Smartphone-Plattform für schnellen COVID-19-Nachweis
Die COVID-19-Pandemie hat verdeutlicht, wie wichtig ein schneller und zuverlässiger Nachweis von SARS-CoV-2 bei infizierten Personen, auch ohne Symptome, ist. Die derzeitigen molekularen Diagnoseverfahren lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: Verfahren zum Nachweis viraler Antigene und Verfahren zum Nachweis viraler RNS. Antigenbasierte Schnelltests wie Lateral-Flow-Tests sind aufgrund ihrer Einfachheit, der geringen Kosten und der schnellen Ergebnisse weit verbreitet. Sie sind jedoch nicht so empfindlich wie die Methoden zum Nachweis viraler RNS, z. B. Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die nach wie vor der Goldstandard ist, aber eine spezielle Infrastruktur und geschultes Personal erfordert.
Innovative Technologie
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts DECISION wurde eine revolutionäre, tragbare Diagnoseplattform für den schnellen Nachweis von COVID-19 entwickelt, die auf der hochmodernen pulsgesteuerten Amplifikation basiert. Die Technologie beruht auf der enzymatischen Amplifikation der SARS-CoV-2-RNS und gestattet einen empfindlichen und spezifischen Nachweis des Virus. Im Gegensatz zum herkömmlichen PCR-Test, der lange Heiz- und Kühlphasen erfordert, wird bei der pulsgesteuerten Amplifikation mit kurzen elektrischen Impulsen ein kleiner Teil des Reaktionsvolumens erhitzt. Diese lokalisierte Erwärmung bewirkt eine ultraschnelle thermozyklische Reaktion, wodurch die für die Amplifikation benötigte Zeit von mehreren Stunden auf nur 15-25 Minuten verringert wird.
Erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Methoden
Einer der Hauptvorteile des DECISION-Tests ist die kurze Durchlaufzeit, die eine deutliche Verbesserung gegenüber den bisherigen Testmethoden darstellt. Die herkömmliche Polymerase-Kettenreaktion ist zwar zuverlässig, benötigt aber in der Regel mehrere Stunden für die Verarbeitung und muss in einem Labor durchgeführt werden. Diese Verzögerung beim Erhalt der Ergebnisse bedeutet häufig, dass die betroffenen Personen in Quarantäne bleiben müssen, bis ihre Testergebnisse vorliegen, was zu einer weiteren Übertragung des Virus führen kann. Die DECISION-Plattform kann überall eingesetzt werden, von Drive-In-Testzentren und Flughäfen bis hin zu Krankenhäusern und sogar bequem von zu Hause aus. Zudem ist der DECISION-Test nicht nur schneller, sondern auch kostengünstiger. Die energieeffiziente Gestaltung und der minimale Strombedarf begünstigen eine kostengünstige Herstellung des Geräts, womit es für ein breites Spektrum von Anwendungen geeignet ist. Der Mikrofluidik-Chip, der in der Plattform verwendet wird, ist ein Einwegartikel, der eine einfache, einmalige Verwendung ohne spezielle Schulung oder teure Ausrüstung unterstützt. Das kompakte Gerät benötigt nur wenig Strom und kann über Batterien oder USB-Anschlüsse versorgt werden, wodurch es sich ideal für den mobilen und patientennahen Einsatz eignet. „Ziel dieses neuartigen Ansatzes ist es, eine erschwingliche, einfach zu handhabende Einwegtestlösung anzubieten, die innerhalb von Minuten genaue Ergebnisse bereitstellt“, kommentiert Johannes Peham, Projektkoordinator.
Sensitivität und Flexibilität
Ein weiteres Highlight ist die Empfindlichkeit des Tests, mit der sogar nur 10-100 Kopien der viralen RNS pro Reaktion nachgewiesen werden können. Diese hohe Sensitivität stellt sicher, dass auch geringe Mengen viralen Materials genau erkannt werden können, wodurch sich der Test zum Beispiel für die Früherkennung von COVID-19 bei Personen eignet, die noch keine Symptome zeigen. Während der Schwerpunkt des Projekts DECISION auf dem Nachweis von SARS-CoV-2 lag, erlaubt die Flexibilität der Plattform auch den Nachweis anderer Erreger. Durch die Neugestaltung der sequenzspezifischen Oligonukleotide, die im Test verwendet werden, kann die pulsgesteuerte Amplifikation für den Nachweis eines breiten Spektrums von Viren und Bakterien angepasst werden, was sie zu einem vielseitigen Instrument für zukünftige diagnostische Anforderungen macht. „Diese Diversifizierung wird den Nutzen des Geräts und seine potenziellen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit erhöhen“, so Peham abschließend.
Schlüsselbegriffe
DECISION, COVID-19, SARS-CoV-2, virale RNS, Polymerase-Kettenreaktion, pulsgesteuerte Amplifikation, Virus, Diagnostik, patientennahe Anwendung, Schnelltest
