Neuer optischer Biosensor ermöglicht schnelle und quantitative serologische Tests auf COVID-19

Serologische Tests spielen eine wichtige Rolle bei der Überwachung und Behandlung von Epidemien oder Pandemien sowie bei Studien zur erworbenen Immunität. Derzeit wird die COVID-19-Serologie mit etablierten Immunoassay-Techniken durchgeführt, die hohe Sensitivitäten bieten, aber spezialisierte Labors mit geschultem Personal und Bearbeitungszeiten von 3 bis 48 Stunden erfordern. Eine viel schnellere und einfachere Methode ist der Lateral-Flow-Assay – wie die diagnostischen Schnelltests, die in Apotheken verkauft werden. Letztere sind jedoch nicht vollständig zuverlässig, da sie nur eine mäßige Sensitivität und Spezifität aufweisen.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Laura M. Lechuga, CSIC-Forschungsprofessorin und Leiterin der NanoBiosensors and Bioanalytical Applications Group am Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) auf dem Campus der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), hat sich entwickelt und einen neuartigen serologischen Nano-Biosensor umfassend validiert, der eine schnelle (weniger als 15 Minuten) Identifizierung und Quantifizierung von SARS-COV-2-Antikörpern im Blutserum ermöglicht, ohne dass eine Probenvorbehandlung und langwierige Verarbeitung erforderlich sind. Es verwendet ein optisches Sensorgerät, das auf einer plasmonischen Technik basiert, die die Gruppe von Prof. Lechuga seit Jahren konsolidiert und für die Diagnostik verschiedener Krankheiten und Zustände implementiert hat – wie zum Beispiel den Nachweis von Krebs-Biomarkern, Gluteneinnahme oder Antibiotikaallergie.

Umfangreiche Tests an klinischen Proben, die in den ersten Monaten der COVID-19-Pandemie vom Universitätskrankenhaus Vall d’Hebron und der Hospital Clínic of Barcelona-IDIBAPS durchgeführt wurden, wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit dieser Biosensortechnologie zu beweisen. Insbesondere wurden 120 Serumproben verwendet, davon 100 von bestätigten COVID-19-positiven Patienten und 20 negative (vor Ausbruch der Pandemie gesammelte). Vergleichsanalysen mit Standardtechniken und kommerziellen Lateral-Flow-Assays zeigten, dass diese plasmonische Biosensortechnologie etablierte diagnostische Methoden übertrifft und eine hervorragende Empfindlichkeit (99 %) und Spezifität (100 %) bietet.

Diese bemerkenswerte Genauigkeit und die kurzen Betriebszeiten (das Ergebnis liegt in weniger als 15 Minuten vor) machen diesen neuen Biosensor zu einem hervorragenden Werkzeug für schnelle und zuverlässige serologische Tests. Eine schnelle und quantitative Serologie ist entscheidend für die Überwachung der Entwicklung der COVID-19-Pandemie, die Verwaltung des Krankenhausaufenthalts und der Unterbringung von Patienten auf Intensivstationen und die Beurteilung des immunologischen Status von Personen während Impfkampagnen und in Gegenwart neu auftretender Varianten des Virus.

Da das Auslesegerät kompakt ist und der Vorgang automatisiert werden kann, hat diese Technologie auch Potenzial für Point-of-Care-Anwendungen und könnte in Arztpraxen und Apotheken eingeführt werden. Darüber hinaus kann die gleiche Technik zum Nachweis verschiedener Substanzen in Körperflüssigkeiten – wie Glutenpeptiden, frühen Krebsbiomarkern, gerinnungshemmenden Medikamenten oder antibiotischen Allergieantikörpern – und damit zur Diagnose und Überwachung vieler Krankheiten eingesetzt werden.

Der Reifegrad dieser Technik ist bereits sehr hoch und ihre Entwickler setzen sich für einen schnellen Technologietransfer in die Industrie ein, um dieses neue Biosensorgerät sowohl im klinischen Umfeld als auch in dezentralisierten Umgebungen einzuführen. Sehen Sie sich diese Animation an, die veranschaulicht, wie ein tragbares Auslesegerät mit Entsorgungskartuschen funktionieren würde.

Die Ergebnisse dieser Studie, die im Rahmen des von der EU geförderten Projekts CoNVaT durchgeführt wurde, wurden in veröffentlicht Analytische Chemie.