Papierteststreifen zur Unterscheidung zwischen viraler und bakterieller Infektion
Weltweit ist die patientennahe Diagnostik (Point-of-Care, PoC) für die medizinische Versorgung unverzichtbar, um Erkrankten als auch medizinischem Personal schnelle und genaue Ergebnisse zu liefern. Hierfür werden häufig Lateral-Flow-Immunoassays verwendet, die auf der Detektion von Biomarkern auf einer Nitrozellulosemembran beruhen. Obwohl immer mehr Tests mit den kostengünstigen und umweltfreundlichen Papierstreifen durchgeführt werden, lassen sich damit in der Regel nur qualitative Aussagen treffen.
Elektrochemische Detektion per Papiertest
Das EU-finanzierte Projekt IMPETUS entwickelte nun eine bahnbrechende Neuerung für die patientennahe Diagnostik: Papierteststreifen, die mit elektrochemischen Biosensoren bestückt sind und so auch quantitative Aussagen zulassen. „Die Einweg-Teststreifen unseres Systems sind so einfach zu handhaben wie Lateral-Flow-Assays, erlauben aber in Probenflüssigkeiten auch quantitative Nachweise von Biomarkern“, erklärt Projektkoordinator Rainer Hainberger. Das Konsortium verzichtete dabei auf die in kommerziellen Lateral-Flow-Geräten gängige Nitrozellulose, die sehr spröde ist und nicht effizient verarbeitet werden kann. Stattdessen kommt ein im Projekt entwickeltes Spezialpapier zum Einsatz, das im Hochdurchsatz hergestellt und sogar mit einem Silizium-Mikrochip ausgestattet werden kann, der elektrochemische Signale erfasst, sodass auch quantitative Messungen von Biomarkern möglich sind. IMPETUS kombinierte Sieb-, Tintenstrahl- und Flexodruck mit einem neuen Chipmontageprozess zur Massenfertigung der Teststreifen von der Rolle in einer Pilotanlage. Zudem wurde eine Batterie mit entsprechendem Anoden- und Kathodenmaterial entwickelt, die sich auf Papier drucken lässt. Das Konsortium implementierte und testete verschiedene Prototypen der gedruckten Biosensorstreifen. Die Messdaten sind drahtlos über eine Smartphone-Standardschnittstelle übertragbar, was ein großer Fortschritt gegenüber anderen Lateral-Flow-Geräten ist, die mit optischer Auslesung wie Mobiltelefonkameras arbeiten. Diese Lösung ist aber gerätespezifisch und abhängig von der Umgebungsbeleuchtung. Schließlich wird für die umweltfreundlichen IMPETUS-Teststreifen nur nachhaltiges Material statt Kunststoff verwendet. Aufgrund der Massenfertigung von der Rolle ist die Herstellung zudem kostengünstig.
Unterscheidung zwischen bakterieller und viraler Infektion
IMPETUS kann so zum Beispiel dem medizinischen Bedarf nach kostengünstigen PoC-Schnelltests nachkommen, die bakterielle von viralen Infektionen unterscheiden können. So entwickelte das Konsortium kompatible Immunoassays für den quantitativen Nachweis zweier molekularer Biomarker im Blut. Die Anwendung weicht dabei vom bisherigen Anwendungsspektrum von Lateral-Flow-Geräten ab, die in der Regel nur einzelne Parameter testen, die nicht quantitativ sein müssen, etwa Schwangerschafts- oder Covid-19-Antigentests. Nun könnte durch quantitativen Nachweis zweier Biomarker zwischen bakterieller und viraler Infektion unterschieden werden, deren Symptomatik häufig ähnlich ist, aber unterschiedlich behandelt werden muss. „So macht IMPETUS Laborverfahren für die ärztliche Praxis verfügbar“, betont Hainberger. Der Test erfordert nur wenige Blutstropfen und kann dazu beitragen, dass Virusinfektionen nicht fälschlicherweise mit Antibiotika behandelt werden. Auch teure Analysegeräte sind verzichtbar, da das System von medizinischem Fachpersonal in Arztpraxen verwendet werden kann. Nicht zuletzt können davon Regionen ohne ausreichende medizinische Versorgung und Diagnostik profitieren. Die Nachweismethode von IMPETUS lässt sich auch für die quantitative Bestimmung anderer molekularer Biomarker anpassen, etwa zur Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Gleichzeitig ist die Pilotfertigungslinie vielseitig variierbar und flexibel an andere Produktionsprozesse und Detektionssensoren anpassbar. So können auch Sensoren und Aktuatoren für Bereiche hergestellt werden, die über die medizinische Diagnostik hinausgehen, etwa Lebensmittelsicherheit und Umwelt-Monitoring.
Schlüsselbegriffe
IMPETUS, funktionaler Druck, elektrochemischer Nachweis, Papier, Biomarker, bakterielle Infektion, virale Infektion, Diagnostik, Teststreifen, patientennahe Diagnostik, PoC, Lateral Flow Immunoassay, Point-of-Care-Tests
