Lichtbasiertes Gerät verwendet einige Tropfen Speichel, um Covid-19-Patienten effektiv zu testen
Der Ausbruch von Covid-19 wurde im Jahr 2020 zu einem Wendepunkt im medizinischen Bereich. Die Studien blühten auf und setzten sich in Bewegung, um auf verschiedenen Wegen Lösungen zu finden: einerseits Impfungen, um die Ausbreitung der Krankheit einzudämmen, und andererseits die Suche nach Testverfahren, die für jedermann auf der ganzen Welt verfügbar und zugänglich sein könnten. Zu Beginn war die PCR eine der wenigen verfügbaren Techniken, die genaue Ergebnisse liefern konnte, aber diese Technik war teuer und erforderte spezialisiertes Personal und Ausrüstung, um sie durchzuführen. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Tests wurde der Antigentest zu einer Alternative, die viel schneller und billiger, aber weniger zuverlässig war, da sie weniger empfindlich war als die PCR.
Bildunterschrift: von links nach rechts: Rubaiya Hussain, Ewelina Wajs, Alfredo Ongaro und Valerio Pruneri mit dem Gerät im Optoelektronik-Labor des ICFO.
© ICFO
In einer kürzlich in Biomedical Optics Express veröffentlichten Studie haben die ICFO-Forscher Rubaiya Hussain, Alfredo E. Ongaro und Ewelina Wajs unter der Leitung von ICREA-Professor Valerio Pruneri in Zusammenarbeit mit den Forschern Maria L. Rodriguez De La Concepción, Eva Riveira-Muñoz, Ester Ballana, Julià Blanco, Ruth Toledo, Anna Chamorro, Marta Massanella, Lourdes Mateu, Eulalia Grau, Bonaventura Clotet, unter der Leitung von Jorge Carrillo vom AIDS-Forschungsinstitut IrsiCaixa, haben eine neuartige Technologie entwickelt und demonstriert, die einen schnellen und zuverlässigen Nachweis von SARS-CoV-2 in Speichelproben für COVID-19-Tests ermöglicht. Das Team erreichte eine Nachweisgrenze, die weit unter der von Antigentests liegt, und erzielte bei einem Blindtest mit mehr als 50 Patienten Ergebnisse mit einer Empfindlichkeit von 91,2 % und einer Spezifität von 90 %.
Die Notwendigkeit
Marisa Rodriguez und Jorge Carrillo, Forscher bei IrsiCaixa, die täglich mit COVID-19-Patienten arbeiten, erinnern sich daran, dass "wir zu Beginn der Pandemie wussten, dass es wirklich wichtig war, alle infizierten Personen zu erkennen, um die Ausbreitung des Virus zu kontrollieren. Deshalb haben sich die Forscher von IrsiCaixa mit Bonaventura Clotet an der Spitze der Initiative zusammengetan und die Notwendigkeit erkannt, eine Alternative zu PCR- und Antigentests zu finden, die die Vorteile beider Verfahren vereint und mit der sich SARS-CoV-2-Infektionen auch anhand von Speichelproben nachweisen lassen, da diese für die meisten Patienten viel einfacher und weniger invasiv zu gewinnen sind". Mit dieser Idee im Hinterkopf wandten sie sich an das ICFO und fragten nach der Technologie für lichtbasierte Bildgebungs- und Diagnosegeräte, die vom Team von Valerio Pruneri entwickelt wurde. Alfredo Ongaro, Forscher am ICFO, erinnert sich lebhaft: "Die Forscher von IrsiCaixa haben sich an uns gewandt, um herauszufinden, ob wir eine Lösung für das Testproblem finden und ein neues Gerät bereitstellen können, mit dem sich SARS-COV-2 aus dem Speichel nachweisen lässt, so dass die schmerzhafte Entnahme von Nasenabstrichen entfällt und genaue Ergebnisse in kurzer Zeit erzielt werden können, möglicherweise so schnell wie mit einem Antigentest.
Ein Durchfluss-Virometer
Das Team entwickelte ein Durchfluss-Virometer, ein Gerät, das mit Hilfe von Licht die Viruskonzentration in einer Flüssigkeit nachweist, die durch ein sehr kleines Rohr, einen so genannten mikrofluidischen Kanal, fließt. Rubaiya Hussain, ICFO-Forscherin, erklärt: "Das Gerät verwendet ein paar Tropfen Speichel und fluoreszierende Lichtmarker. Wenn der Speichel aus dem Mund eines Patienten gesammelt wird, geben wir ihn in eine Lösung, die fluoreszierende Antikörper enthält. Wenn der Speichel Viruspartikel enthält, heften sich die fluoreszierenden Antikörper an das Virus". Dann "sammelt das Lesegerät die Probe ein und schickt sie in einen mikrofluidischen Kanal, der durch eine Laser-Beleuchtungs-Detektionseinrichtung geleitet wird. Der Laser beleuchtet die Probe, und wenn Viruspartikel vorhanden sind, geben sie eine einzigartige Verstärkung des Fluoreszenzsignals ab. In weniger als einer Minute wird der Messwert in unserem Diagramm in Spitzenwerte übersetzt und das System erhält die Meldung, dass die Probe positiv ist.
Das Team des ICFO führte einen Blindtest mit 54 von IrsiCaixa zur Verfügung gestellten Proben durch und konnte 31 von 34 positiven Fällen bestätigen, wobei es nur drei falsch negative Ergebnisse gab. Außerdem wurden 3834 Viruskopien pro Milliliter gemessen, was mindestens drei Größenordnungen unter dem Wert handelsüblicher Antigen-Schnelltests liegt, was bedeutet, dass das Gerät in der Lage ist, das Vorhandensein von Viren bei sehr niedrigen Konzentrationen nachzuweisen.
Ein Gerät, das überall und von jedermann benutzt werden kann
Ewelina Wajs, Forscherin am ICFO, betont abschließend: "Unser Gerät ist sehr vielseitig. Durch die Auswahl geeigneter Antikörper könnte diese Technologie auch für den Nachweis anderer Viren, wie saisonale Coronaviren oder Grippeviren, oder sogar von Mikroorganismen im Wasser, wie Legionellen und E-Coli, angepasst werden, und zwar mit einer sehr schnellen Reaktionszeit im Vergleich zu Goldstandards, die auf Kulturen beruhen".
Die Forscher bemerken, dass ein einziges Gerät bis zu 2000 Tests pro Tag durchführen könnte. Die Komponenten, aus denen das Gerät besteht, sind kostengünstig und im Handel erhältlich, so dass sie in großem Maßstab hergestellt werden können. Darüber hinaus bedeutet diese Technik auch eine Verringerung des Bedarfs an Kunststoffverpackungen aufgrund der massiven Tests in einem Gerät, was eine umweltfreundliche Politik begünstigt.
Und schließlich könnte sie aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer einfachen Funktionsweise eine hervorragende Lösung für die Diagnose und Ausbreitungskontrolle in Ländern mit niedrigem Einkommen sein, in denen der Zugang zur Gesundheitsversorgung und zu Impfstoffen für die gesamte Bevölkerung begrenzt ist. Die Tatsache, dass es nicht von Fachpersonal bedient werden oder in einem Speziallabor untergebracht werden muss, könnte dazu führen, dass es für Massenscreenings der Bevölkerung an belebten Orten wie Restaurants, Schulen, Büros, Theatern und Kinos eingesetzt wird.
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Originalveröffentlichung
Rubaiya Hussain, Alfredo E. Ongaro, Maria L. Rodriguez De La Concepción, Ewelina Wajs, Eva Riveira-Muñoz, Ester Ballana, Julià Blanco, Ruth Toledo, Anna Chamorro, Marta Massanella, Lourdes Mateu, Eulalia Grau, Bonaventura Clotet, Jorge Carrillo, & Valerio Pruneri; "A small form factor flow virometer for SARS-CoV-2"; Biomedical Optics Express, 2022.
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