Infektionen rasch nachweisen 17.03.2020, 06:39 Uhr

Wie funktionieren Corona-Schnelltests?

Mehr und mehr Menschen infizieren sich mit SARS-CoV-2. Diagnostik wird zum limitierenden Faktor, um Patienten zu erkennen. Ein neuer Schnelltest umgeht bekannte Schwächen – derzeit nur im Labor.

Ein PCR-Test ist zuverlässiger als der Corona-Schnelltest.
Foto: panthermedia.net/anyaivanova@gmail.com

Ein PCR-Test ist zuverlässiger als der Corona-Schnelltest.

Foto: panthermedia.net/anyaivanova@gmail.com

Weltweit haben sich derzeit knapp 170.000 Menschen mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2 angesteckt und 6.500 sind gestorben. Diese Zahlen kommen vom Center For Systems Science and Engineering an der Johns Hopkins University in Baltimore. Für Deutschland gibt das Robert-Koch-Institut in Berlin 4.838 Infektionen und 13 Todesfälle an (Stand 16.03.2020). Bislang gelang es Ärzten vor allem, Infektionen mit der Polymerase-Kettenreaktion nachzuweisen: einem zeitaufwändigen Verfahren, um virales Erbgut beispielsweise in Abstrichen zu detektieren.

Der Bedarf an schnellen, benutzerfreundlichen Diagnosetests wird immer größer. Im Idealfall sollte bereits ein Arzt solche Untersuchungen vor Ort mit geringem Zeitverzug durchführen können, um über weitere Maßnahmen wie eine Quarantäne zu entscheiden. Denn die steigende Zahl an Patienten werden Labors nicht mehr bewältigen können, lautet eine Lehre aus Italien. Schnelltests sind in der Entwicklung und werden bereits verkauft. Wie sie sich weiter optimieren lassen, berichten Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des Start-ups E25Bio aus Cambridge.

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Vor- und Nachteile bekannter Tests auf das Coronavirus

Zum Hintergrund: Derzeit sind zwei unterschiedliche Testprinzipien bei der SARS-CoV-2-Diagnostik im Einsatz. Sie basieren auf Antigen-Antikörper-Reaktionen oder auf der Polymerase-Kettenreaktion (PCR).

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Im menschlichen Blut oder Urin sind spezifische Antikörper zu finden. Das sind Eiweiße mit einer hochspezifischen Struktur. Sie entstehen, wenn der Körper mit fremden Proteinen, beispielsweise aus Viren, in Berührung kommt. Antikörper gegen diese Erreger sind jedoch oft erst einige Tage nach Beginn der Symptome nachweisbar, was derzeit als wichtigster Nachteil gilt.

Dieses Defizit haben PCR-Tests nicht. Ärzte finden das Virus früher im Krankheitsverlauf. Sie benötigen allerdings eine PCR, sprich eine Technologie, die nur in wenigen Speziallabors verfügbar ist. Außerdem dauern Untersuchungen mehrere Stunden; der Probentransport kommt noch mit hinzu.

Neue Tests: Schnelle Untersuchung, geringer Aufwand

Jetzt haben Forscher des MIT und der Firma E25Bio ein neues Prinzip vorgestellt, um Coronaviren rascher nachzuweisen. Ihre Testkits bestehen aus Papierstreifen, die mit Antikörpern beschichtet sind, um ein bestimmtes virales Protein zu erkennen. Ein zweiter Antikörper wird an Goldnanopartikel gebunden, und die Probe des Patienten wird zu einer Lösung dieser Partikel gegeben. Der Teststreifen wird dann in diese Lösung getaucht. Wenn das virale Protein vorhanden ist, bindet es an die Antikörper auf dem Papierstreifen sowie an die an Nanopartikel gebundenen Antikörper. Innerhalb von 20 Minuten erscheint ein farbiger Fleck auf dem Streifen.

„Wir hoffen, dass dies ähnlich wie bei anderen von uns entwickelten Tests an dem Tag möglich ist, an dem sich Symptome entwickeln“, sagt Lee Gehrke. Er hat eine Hermann von Helmholtz Professor am MIT Institute for Medical Engineering and Science inne. Gehrke: „Wir müssen nicht erst warten, bis sehr viele Antikörper gegen das Virus auftauchen.“

Falls die US-amerikanische Food and Drug Administration als zuständige Behörde eine Notfallgenehmigung erteilt, könnte E25Bio damit beginnen, sein Tool mit Patientenproben zu testen, was bisher noch nicht möglich war. „Wenn diese erfolgreich sind, besteht der nächste Schritt darin, über die Verwendung für die tatsächliche klinische Diagnose zu sprechen“, ergänzt Gehrke. Ein weiterer Vorteil dieses Ansatzes bestehe dem Experten zufolge darin, dass die Papiertests einfach und kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden können, fügt er hinzu.

Umsetzung in eine praxistaugliche Anwendung 

Sollten weitere Studien mit Patientenproben erfolgreich ausfallen, kommt noch Arbeit auf die Forscher zu. Kommerzielle Testkits arbeiten nach dem Prinzip des Lateral Flow Tests: ein Prinzip, das man unter anderem von Schwangerschaftsteststreifen kennt.

Bei der Coronavirus-Diagnostik wird die zu untersuchende Probe, etwa Material aus einem Abstrich oder aus Sputum (Auswurf), auf den Probenbereich des Testkits getropft. Dieser besteht aus porösem Papier oder Polymer. Kapillarkräfte sorgen dafür, dass sich die Flüssigkeit im System ausbreitet. Sie wandert zusammen mit Flüssigkeit weiter bis zu einer Region, in der sich die Reagenzien befinden, also getrocknete immunologisch aktive Moleküle, Salze und weitere Chemikalien.

Die Flüssigkeit löst das Immunkonjugat aus dem Streifen. Es bindet sich – soweit vorhanden – an Eiweiße, die zu detektieren sind. Anschließend wandert die Lösung weiter und gelangt in einen Bereich, der weitere Chemikalien enthält. Dort führt der Komplex aus Antikörper und nachzuweisendem Molekül zu einer Farbreaktion. Meistens existiert eine weitere Bahn als Negativkontrolle ohne Probe, um falsch-positive Ergebnisse auszuschließen.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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