SARS-CoV-2-Nachweis in 30 Minuten mit der Genschere
Im Gegensatz zum PCR-Test, auf dessen Ergebnis in der Regel ein bis drei Tage gewartet werden muss, liegen die Vorteile des Schnelltests zum Nachweis von SARS-CoV-2-spezifischen Antigenen auf der Hand: Das Ergebnis ist nach 15 Minuten bereits erkennbar und die Tests sind mittlerweile bequem in jeder Drogerie, Apotheke und auch in Supermärkten erhältlich.
Das Problem: die Test-Sensitivität. Diese Schwachstelle wurde vor allem im letzten Winter offenbar, als Infektionen mit der Omikron-Variante des Virus sehr spät und oftmals erst nach dem Einsetzen von Symptomen erkannt wurden.
„Der Trade-Off zwischen Testsensitivität und Sample-to-Result Zeit könnte mit unserer Methode überbrückt werden“, erläutert Midori Johnston vom Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg. Das Forschungsteam um Mikrosystemtechniker Dr. Can Dincer hat in einer jetzt veröffentlichten Studie einen mikrofluidischen Multiplex-Chip vorgestellt, der ein neues Testverfahren ermöglicht.
AG Disposable Microsystems/Universität Freiburg
Wie auch beim Schnelltest zu Hause wird beim CRISPR-basierten COVID-Test eine Patientenprobe (naso- oder oropharyngealer Abstrich) in einen Reaktionsmix getropft. Im Unterschied zum herkömmlichen Schnelltest wird mit CRISPR allerdings nicht auf Virusproteine, sondern wie beim PCR-Test auf charakteristische Sequenzen im Virusgenom untersucht.
Enthält die Probe den gesuchten RNA-Ausschnitt wird das Effektorprotein (Cas13a) aktiviert und schneidet die in der Reaktionslösung vorhandene Reporter-RNA. Durch die Abwesenheit dieses Reporters ergibt sich beim elektrochemischen Auslesen des Chips ein invers proportionaler Zusammenhang zwischen der Menge der Virus-RNA aus der Probe und der gemessenen Stromdichte.
So aussagekräftig wie ein PCR-Test - nach 30 Minuten
„Unser System kommt hierbei ohne Vervielfältigung des Genmaterials aus“, erläutert Dincer die Vorteile. Zudem sei der Mikrofluidik-Chip programmierbar und damit an neue, infektiologisch-relevante Mutationen des Virus anpassungsfähig.
Ein weiterer Vorteil: Mit dem Sensor kann nicht nur die Viruslast im Nasenabstrich gemessen werden, sondern simultan die Antibiotika-Konzentration im Blut von COVID-Patienten. Denn oftmals würden sich COVID-Patienten zusätzlich bakteriell infizieren und entsprechend mit Breitband-Antibiotika wie Amoxicillin, Ampicillin oder Piperacillin behandelt werden, so Dincer.
Die richtige Dosis sei hierbei ausschlaggebend, um eine erfolgreiche Behandlung zu gewährleisten, aber auch die Entwicklung resistenter Keime zu verringern. Der Mikrofluidik-Chip könnte hierbei durch eine gleichzeitige Überwachung von sowohl der Viruslast als auch der Antibiotika-Konzentration im Blut oder Speichel des Patienten von Nutzen sein.
Johnston M., Ates H.C., Glatz R., Mohsenin H., Schmachtenberg R., Göppert N., Huzly D., Urban G.A., Weber W., Dincer C. (2022): Multiplexed biosensor for point-of-care COVID-19 monitoring: CRISPR-powered unamplified RNA diagnostics and protein-based therapeutic drug management. In: Materials Today. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.11.001
