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Schneller und genauer serologischer COVID-19-Test durch neuartigen Biosensor

Ein EU-finanziertes Forschungsteam hat einen innovativen Nano-Biosensor entwickelt und getestet, der SARS-COV-2-Antikörper im Blutserum in weniger als 15 Minuten identifiziert und quantifiziert.

Gesundheit

Die COVID-19-Pandemie hat die Polymerase-Kettenreaktion (allgemein als PCR bekannt) und den Antigen-Schnelltest zur Alltagsrealität werden lassen. Ein weiteres wichtiges Instrument – nicht zum Nachweis aktiver SARS-CoV-2-Infektionen, sondern um festzustellen, ob jemand in der Vergangenheit bereits infiziert war – sind serologische Tests. Serologische Tests spielen für die Kontrolle und das Management von Pandemien eine entscheidende Rolle. Da sie das Vorhandensein von Antikörpern im Blut nachweisen, liefern sie wertvolle Informationen über die Verbreitung des Virus und einen besseren Einblick in die Dynamik der erworbenen Immunität. Derzeit werden serologische COVID-19-Tests mit Hilfe etablierter Immunoassay-Verfahren durchgeführt. Herkömmliche Immunoassays im Mikrotiterplattenformat wie der enzymatische Immunoassay (ELISA) und der Chemilumineszenz-Immunoassay (CLIA) sind hochsensibel. Sie können jedoch nur von geschultem Personal in speziell dafür eingerichteten Labors durchgeführt werden und sind aufgrund der Handhabung der Proben und/oder langer Inkubationszeiten zeitaufwendig. Andererseits liefern immunchromatografische Lateral-Flow-Assays (LFAs) viel schneller Ergebnisse, sind aber aufgrund ihrer geringeren Empfindlichkeit nicht zuverlässig oder genau genug. Die im Rahmen der EU-finanzierten Projekte CoNVat, EVA-GLOBAL und RAIS unterstützten Forschungsteams haben nun einen innovativen serologischen Nano-Biosensor entwickelt und validiert, der SARS-COV-2-Antikörper im Blutserum schnell identifiziert und quantifiziert. Er liefert in weniger als 15 Minuten ein Ergebnis und macht damit eine Vorbehandlung der Proben oder eine langwierige Verarbeitung überflüssig. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Analytical Chemistry“ veröffentlicht. Der optische Sensor basiert auf der Plasmoniktechnologie. Bei diesem sogenannten Oberflächenplasmonenresonanz-Biosensor kommt ein spezieller Multi-Antigen-Sensor-Biochip zum Einsatz. Damit werden hervorragende Nachweisgrenzen im Serum erreicht, die sich im niedrigen Nanogramm-pro-Milliliter-Bereich bewegen. Laut der Studie liegt dieser Bereich „deutlich unter den geschätzten Antikörperspiegeln bei Patienten, die im Bereich von μg mL–1 zu liegen scheinen.“

Besser als derzeitige kommerzielle Methoden

Zur Überprüfung ihrer Biosensortechnologie führte das Forschungsteam umfangreiche Tests an sowohl COVID-19-positiven als auch COVID-19-negativen Proben durch, die von Patienten in zwei Krankenhäusern im spanischen Barcelona entnommen wurden. Insgesamt wurden 120 Serumproben analysiert, davon 100 bestätigte positive und 20 negative Proben, die vor dem Ausbruch der Pandemie gesammelt worden waren. Die mit der Biosensor-Technologie erzielten Ergebnisse wurden mit denen etablierter Diagnoseverfahren wie ELISA, CLIA und LFA verglichen. Mit einer Empfindlichkeit von 99 % und einer Spezifität von 100 % übertrifft das neue Gerät die derzeit verfügbaren Verfahren. „Unter Berücksichtigung dezentraler Technologien kann der SPR-Biosensor einen hochpräzisen Nachweis von COVID-19-Antikörpern in einer Testzeit von 15 Minuten (wie bei LFA) liefern, und dies mit einer diagnostischen Zuverlässigkeit, die der von ELISA und CLIA entspricht“, berichten die beteiligten Fachleute in ihrer Studie. „Daher haben wir hier den Nutzen demonstriert, den die markierungsfreie plasmonische Biosensortechnologie verspricht: einfache, schnelle und zuverlässige Diagnostik.“ Die Arbeit, die mit Unterstützung durch die Projekte CoNVat (Combating 2019-nCoV: Advanced Nanobiosensing platforms for POC global diagnostics and surveillance), EVA-GLOBAL (European Virus Archive GLOBAL) und RAIS (Scalable, point-of-care and label free microarray platform for rapid detection of Sepsis) durchgeführt wurde, unterstreicht das Potenzial von SPR-Biosensoren als alternatives Werkzeug für die Schnelldiagnostik in der klinischen Praxis. Weitere Informationen: CoNVat-Projektwebsite EVA-GLOBAL-Projektwebsite RAIS-Projekt

Schlüsselbegriffe

CoNVat, EVA-GLOBAL, RAIS, COVID-19, SARS-CoV-2, Pandemie, serologisch, Biosensor, Antikörper, Serum, Coronavirus

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