Die Corona-Pandemie hat deutlich gemacht, dass technologische Innovationen dringend erforderlich waren, um das Sars-CoV-2-Virus zu erkennen, zu behandeln, aber auch zu verhindern. Und so arbeiten Forschergruppen weltweit daran, Testmethoden zu entwickeln, um möglichst schnell, einfach und kostengünstig zu Ergebnissen zu kommen. Die Motivation, auf diesem Gebiet weitere Verbesserungen zu generieren, reißt nicht ab. Und so berichteten dieser Tage gleich drei Wissenschafterteams über drei verschiedene neue Testmethoden.

So entwickelten Forscher der University of Florida und der National Chiao Tung University in Taiwan über ein neues Sensorsystem, das den Nachweis von Covid-19 innerhalb einer Sekunde ermöglicht. Das ist weitaus schneller als jegliche bisherige Methode.

Klinik und Heimgebrauch

"Unsere Biosensorstreifen ähneln in ihrer Form den im Handel erhältlichen Glukosestreifen, mit einem kleinen Mikrofluidkanal an der Spitze, um die Testflüssigkeit einzuführen", erklärt Minghan Xian von der University of Florida. "Innerhalb des Mikrofluidkanals sind Elektroden ausgesetzt. Eine davon ist mit Gold beschichtet. Dabei werden Covid-relevante Antikörper über eine chemische Reaktion an die Goldoberfläche gebunden." Während der Messung werden Sensorstreifen über einen Stecker mit einer Leiterplatte verbunden, und ein kurzes elektrisches Testsignal wird zwischen der mit Antikörpern verbundenen Goldelektrode und einer anderen Hilfselektrode gesendet. Dieses Signal wird dann zur Analyse an die Leiterplatte zurückgegeben, beschreiben die Wissenschafter das Verfahren im "Journal of Vacuum Science & Technology B".

"Unser Sensorsystem, eine Leiterplatte, verwendet einen Transistor, um das elektrische Signal zu verstärken, das dann auf dem Bildschirm in eine Zahl umgewandelt wird", so Xian. Die Größe dieser Zahl hängt von der Konzentration des Antigens ab, des viralen Proteins, das in der Testlösung vorhanden ist.

Testplatine wiederverwendbar

Während die Sensorstreifen nach der Testung entsorgt werden müssen, ist die Testplatine wiederverwendbar. Das bedeutet, dass die Kosten erheblich reduziert werden können. Zudem geht die Vielseitigkeit dieser Technologie weit über die Erkennung von Covid-19 hinaus. "Indem wir die Art der an die Goldoberfläche gebundenen Antikörper ändern, können wir das System für die Erkennung anderer Krankheiten verwenden", so Xiang. Das System könne als Prototyp für modularisierte, kostengünstige Protein-Biomarker-Sensoren für zweckmäßiges Echtzeit-Feedback in klinischen Anwendungen, Operationssälen, aber auch für den Heimgebrauch dienen, erklären die Forscher.
Unter dem Namen Rapid 1.0 hat ein Team der Penn Medicine ebenfalls einen Test entwickelt, der vor allem für breite Screenings, etwa an Schulen, auf Flughäfen, in Unternehmen, aber auch zu Hause zum Einsatz kommen kann. Nur innerhalb von vier Minuten kann eine Covid-19-Erkrankung zu 90 Prozent erkannt werden, schreiben Forscher um Cesar de la Fuente von der University of Pennsylvania School of Medicine im Fachblatt "Matter".

Trotz der Dringlichkeit aufgrund der nach wie vor vorherrschenden Pandemie verwenden die meisten verfügbaren Methoden für Covid-19-Tests RT-PCR - reverse Transkriptionspolymerasekettenreaktion - zum Nachweis des Virus. Obwohl die Technik effektiv ist, erfordert sie viel Laborraum, geschulte Arbeitskräfte und vor allem Zeit.

Rapid wurde entwickelt, um das Virus schnell und genau zu erkennen und gleichzeitig billig genug zu bleiben, um allgemein zugänglich zu sein, so die Forscher in der Publikation. Eine mit einem Siebdrucker bedruckte Elektrode, von der Tausende an einem Tag zu sehr geringen Kosten hergestellt werden können, kann das Virus in Nasentupfern oder Speichelproben nachweisen. Die Ergebnisse können auf einem Tischgerät oder Smartphone abgelesen werden.

Antikörper aus Blutstropfen

In verblindeten Versuchen kontrollierten die Forscher ihre Entwicklung an 139 schon erfolgten PCR-Bewertungen. Bei den Nasentupferproben war Rapid zu 87,1 Prozent genau, bei den Speichelproben zu 90 Prozent, heißt es in der Studie.

"Mit kostengünstigen Tests, die schnell und einfach zu lesen sind, werden Tests nicht nur auf Personen ausgedehnt, die es sich leisten können, sondern auch auf abgelegene oder benachteiligte Gebiete", betont la Fuente. Obwohl Rapid als Covid-19-Test entwickelt wurde, kann die Technologie auch dazu verwendet werden, um andere Viren zu erkennen und eine Vielzahl von Krankheiten wie die Grippe oder sexuell übertragbare Infektionen zu diagnostizieren, heißt es in der Publikation.

Eine ultraschnelle Variante ist auch bei den Antikörpertests in der Pipeline. Mit NanoSpot.AI lassen sich Sars-CoV-2-Antikörper in weniger als fünf Minuten nachweisen, berichten Forscher der University of Utah in einer Aussendung. Der zum Patent angemeldete Test wird mit einem Blutstropfen, der mittels Fingerstich gewonnen wird, durchgeführt. Alle Komponenten werden in einem eigenen Kit geliefert. Die Person, die den Test durchführt, platziert Blutstropfen an drei kleinen Stellen auf einer gebrauchsfertigen Karte. Einer der Punkte zeigt das Ergebnis an, während die anderen beiden bestätigen, dass der Test ordnungsgemäß durchgeführt wurde. Der Getestete erhält das Ergebnis am Handy.

NanoSpot.AI könnte weltweit eingesetzt werden, um abzuklären, wer eine Impfung braucht, oder um einfach festzustellen, ob Personen eine gewisse Immunität gegen Covid-19 aufweisen. Derzeit laufen klinische Studien zur Validierung des Systems.