Kostengünstige Alternative zum PCR-Test

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Schnelligkeit oder Genauigkeit? Was Corona-Tests angeht, musste man sich
bisher zwischen diesen beiden Varianten entscheiden. Damit könnte künftig
Schluss sein: Der Pathogen Analyzer verbindet die Vorteile von PCR-Test
und Antigen-Schnelltest – er liefert bereits nach 20 bis 40 Minuten ein
verlässliches Ergebnis. Darüber hinaus kann er gleichzeitig bis zu elf
andere Krankheitserreger nachweisen. Ein Demonstrator des Systems ist vom
14. bis 17. November 2022 auf der Messe MEDICA in Düsseldorf zu sehen
(Halle 3, Stand E74/F74).

Der Hals kratzt, Schlappheitsgefühl macht sich breit. Hat man sich mit
Corona infiziert? Über Antigen-Schnelltests kann man dies zuhause oder im
Bürgertestzentrum schnell überprüfen – die Genauigkeit dieser Tests lässt
jedoch zu wünschen übrig. Tests auf Proteinbasis, bei denen virale
Antigene auf dem Chip erkannt werden, sind schlichtweg nicht so genau wie
Tests auf Nukleinsäurebasis. Sprich: Viele Infektionen bleiben unerkannt,
auch kann es zu fehlerhaften Positiv-Ergebnissen kommen. Für einen
sicheren Nachweis ist ein PCR-Test unerlässlich, allerdings ist dieser
sowohl deutlich teurer als auch langwieriger: Es kann bis zu zwei Tage
dauern, ehe das Ergebnis vorliegt.

Schnelle und verlässliche Ergebnisse

Ein Verbund aus Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer-Instituts für
Produktionstechnologie IPT, des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und
Bioverfahrenstechnik IGB sowie des Fraunhofer Center for Manufacturing
Innovation in Boston (USA) möchte das nun ändern. »Mit unserem Pathogen
Analyzer verbinden wir die Vorteile von Antigen- und PCR-Test: Da wir wie
beim PCR-Test das Erbgut der Viren direkt nachweisen, ist der Test äußerst
genau. Um das Erbgut zu vervielfältigen, nutzen wir allerdings ein anderes
Verfahren, daher liegt das Ergebnis bereits nach von 20 bis 40 Minuten
vor«, sagt Daniel Reibert, Wissenschaftler am Fraunhofer IPT. Dazu haben
die Forschenden auf dem Testchip, der ähnlich groß ist wie ein Antigen-
Schnelltest, zahlreiche kleine Hydrogel-Tropfen aufgedruckt, Experten
sprechen von Signalpunkten. Auf diesen Chips wird die Probe – die wie bei
bisherigen Tests über einen Nasen-Rachen-Abstrich gewonnen und in eine
Pufferlösung übertragen wird – aufgebracht. Anschließend wird der Testchip
in einem kompakten und mobilen Analyseinstrument auf 62 Grad Celsius
aufgeheizt. Die Pufferlösung und die hohe Temperatur legen das Erbgut des
Virus frei und vervielfältigen die Nukleinsäuren, um sie innerhalb der
Signalpunkte quantitativ nachweisen zu können. Diese Reaktion findet bei
einer konstanten Temperatur statt – das in der PCR biochemisch nötige
Aufheizen und Abkühlen der Probenflüssigkeit entfällt. Um den Test
personalisiert auszuwerten, können Patientinnen und Patienten eine
Smartphone App mit dem Analyzer verbinden. Über ein Lichtsignal im
Analyzer wird die Menge an Krankheitserreger-Erbgut detektiert und als
Endergebnis direkt an die Betroffenen übermittelt.

Zwölf Virenarten mit einem Streich nachweisen

Eine weitere Neuheit: »Jeder Signalpunkt enthält Fängermoleküle, die unter
Bestrahlung mit Licht Fluoreszenzstrahlung anderer Wellenlänge abgeben,
wenn sie das passende Pathogen gefangen haben. Daher ist jeder Signalpunkt
wie ein eigener kleiner Test«, erläutert Reibert. Ein solcher
Multiplexing-Ansatz erhöht zum einen die Verlässlichkeit, zum anderen
ermöglicht er es, bis zu zwölf verschiedene Virenarten gleichzeitig mit
einer Probennahme und einem Chip nachzuweisen. »Da wir das System als
Baukastensystem entwickelt haben, lässt es sich schnell an neue Pathogene
anpassen«, erläutert Reibert.

Eine der Herausforderungen lag darin, die späteren Herstellungsprozesse
des Tests mitzuentwickeln und sie preisgünstig zu gestalten – schließlich
soll der Test in Serie hergestellt nicht mehr als einen Euro kosten. Für
den Chip selbst setzen die Forschenden daher auf das Rolle zu Rolle-
Verfahren. Der Druck der einzelnen Probenpunkte kann entweder über 3D-
Druck oder das etablierte Siebdruckverfahren erfolgen.

Test auch für zuhause

Auf der Messe MEDICA vom 14. bis 17. November 2022 in Düsseldorf stellen
die Forschenden sowohl einen Demonstrator des Chips für drei Pathogene als
auch einen Analyzer-Demonstrator vor (Halle 3, Stand E74/F74). Langfristig
soll der Test auch ohne Analyzer auskommen und komplett über das
Smartphone funktionieren: Lichtquelle und Kamera sind im Handy bereits
vorhanden, das Heizelement kann im Testchip selbst integriert werden.
Dann, so die Hoffnung der Forscherinnen und Forscher, könnte der Test
nicht nur in zentralen Orten wie Stadien oder Arztpraxen, sondern auch
zuhause schnelle, kostengünstige und verlässliche Ergebnisse liefern – und
das direkt für eine Vielzahl an Krankheitserregern.