MADRID, 10. April (EUROPA PRESS) –
Ein neues Tool, das Optoflüssigkeiten und Nanoporen kombiniert, um Schnelltests durchzuführen, erzielt ähnliche Nachweisergebnisse für COVID-19- und Zika-Viren wie die PCR, jedoch auf schnellere und einfachere Weise.
Das neue Diagnosetool wurde von Holger Schmidt, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der UC Santa Cruz (USA), und seinen Mitarbeitern entwickelt. Das System kombiniert Optofluidik und Nanoporentechnologie zu einem Lab-on-a-Chip-Diagnosesystem.
Der Erfolg des Teams mit Tiermodellen lässt es hoffen, dass diese Technologie eine wichtige Innovation für die Zukunft der Schnelldiagnose sein könnte. Insbesondere kann es innerhalb weniger Stunden SARS-CoV-2- und Zika-Virus-Nachweistests mit der gleichen oder einer besseren Genauigkeit als hochpräzise PCR-Tests durchführen, wie in einem neuen Artikel in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurde ‚.
Diese Forschung ist das Ergebnis einer langen Zusammenarbeit zwischen Schmidt, Aaron Hawkins, Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik an der Brigham Young University, und Professor Jean Patterson am Texas Biomedical Research Institute, beide Zentren in den Vereinigten Staaten.
„Dies könnte das nächste große Diagnosesystem werden“, sagt Aaron Hawkins. „Man wird krank, geht ins Krankenhaus oder zum Arzt und ihre Tests basieren auf dieser Technologie. Es gibt einen Weg, dies direkt dort [in einem Krankenhaus oder einer Klinik] zu installieren, sodass Sie nicht darauf warten müssen.“ Holen Sie sich die Ergebnisse.
Während PCR-Tests derzeit der Goldstandard für die Genauigkeit virologischer Tests sind, weist die Methode in mehrfacher Hinsicht Mängel auf. PCR-Tests sind sehr komplex und erfordern chemische Reaktionen, die von geschultem Personal durchgeführt werden müssen, normalerweise in einem Zentrallabor, und manchmal dauert es Tage, bis die Testergebnisse vorliegen. Diese komplexen Reaktionen sind für die Amplifikation viraler DNA oder RNA notwendig, ein Prozess zur Erstellung mehrerer Kopien des genetischen Materials, der Fehler einführen und verstärken kann.
PCR-Tests können auch nur Nukleinsäuren nachweisen, das Material, aus dem DNA und RNA bestehen. Aber bei manchen Krankheiten kann es unglaublich nützlich sein, andere Biomarker wie Proteine zu erkennen. Das neue Diagnosetool löst beide Probleme. Es erfordert nur wenig Probenvorbereitung und ist amplifikations- und markierungsfrei, d. h. es nutzt kein Licht zur Identifizierung von Biomarkern. Dies reduziert den Zeitaufwand und die Komplexität des Diagnoseprozesses erheblich.
„Das Potenzial ist enorm“, sagt Patterson. „Die Idee, dass man nicht verstärken muss, um genaue Ergebnisse zu erhalten, ist ein großer Fortschritt, genauso wie die PCR ein unglaublicher Fortschritt war, als sie auf den Markt kam.“
Das neue Diagnosesystem kombiniert Schmidts Spezialgebiet der Optofluidik, bei dem kleine Flüssigkeitsmengen mit Lichtstrahlen überwacht werden, mit einer Nanopore zum Zählen einzelner Nukleinsäuren zum Ablesen von genetischem Material. Zur Durchführung des Tests wird eine Bioflüssigkeitsprobe in einem Behälter mit magnetischen Mikrokügelchen vermischt.
Die Mikrokügelchen sind mit einer RNA-Sequenz ausgestattet, die zu der Krankheit passt, die der Test erkennen soll. Wenn es sich beispielsweise um einen COVID-19-Test handelt, enthalten die Mikrokügelchen Stränge aus SARS-CoV-2-RNA. Wenn das SARS-CoV-2-Virus in der Probe vorhanden ist, bindet die Virus-RNA an die Kügelchen. Nach einer kurzen Wartezeit schüttet der Forscher die Magnetkügelchen auf den Boden des Behälters und wäscht alles andere aus.
Ihre Tests zeigten, dass der Test das Virus bei jeder Probe, die der PCR-Test nachweisen konnte, korrekt erkannte, selbst bei extrem niedrigen Konzentrationen des Virus. Es gab Fälle, in denen der PCR-Test einen Fall eines der Viren nicht erkennen konnte, während Schmidts System dies tat, was zeigt, dass sein System genauer sein kann als die PCR.
Im Allgemeinen ist das Mikrofluidiksystem viel kleiner und weniger komplex als eine PCR-Maschine. Wenn dieses Konzept als Produkt auf den Markt gebracht wird, könnte es aufgrund seiner kompakten Größe problemlos in das Labor eines Forschers passen, was viel schnellere Ergebnisse für virologische Tests ermöglicht, die Zugänglichkeit der Tests erhöht und die Zeit bis zum Erhalt der Ergebnisse von Tagen auf Stunden verkürzt.
„Wenn wir ein Instrument rund um dieses System bauen, könnte ein Forscher es im Labor der Biosicherheitsstufe 4 unterbringen, wo er den Raum nie verlässt und einfach etwas Probenflüssigkeit einfüllen und den Test in einer Stunde durchführen kann“, sagt Schmidt . „Ich denke, das würde helfen, die Tests zu beschleunigen.“
Der Test wurde mit sechs verschiedenen Bioflüssigkeiten durchgeführt, darunter Speichel, Blut und Rachenabstriche, die unterschiedliche Viruslasten enthalten können. Dies könnte es Forschern ermöglichen, besser zu untersuchen, wie Krankheiten durch den Körper verschiedener Tiere gelangen.
Während der Test derzeit zum Nachweis der Viren SARS-CoV-2 und Zika entwickelt wurde, könnten Forscher Anpassungen vornehmen, um jedes Virus zu finden, für das sie eine genetische Probe haben. In zukünftigen Entwicklungen planen sie, das System weiter zu vereinfachen und zu minimieren und es gleichzeitig auf mehrere Krankheitstypen testen zu lassen, eine Funktion, die als Krankheitsmultiplexing bezeichnet wird.
Schmidt will mit diesem Konzept auch Diagnosewerkzeuge für Biomarker von Krebs und anderen Gesundheitszuständen entwickeln, die Spuren von DNA/RNA oder Proteinen im Körper hinterlassen. Es wird wahrscheinlich noch einige Jahre dauern, bis dieses Konzept kommerzialisiert wird und auf den Markt kommt.
