Laut Forschern der McGill University in Montreal verspricht ein neues Tool die Erkennung von Infektionskrankheiten zu beschleunigen.
Die Diagnoseplattform mit dem Namen QolorEX wurde von Forschern der Universität durch die Kombination bestehender Technologien entwickelt, um ein neues Werkzeug für den genauen Nachweis von Krankheitserregern in weniger als 15 Minuten zu schaffen. Das Gerät wurde auf mehrere Atemwegsviren und Bakterien getestet, darunter das Influenzavirus H1N1 und SARS-CoV-2. Es erreichte eine Genauigkeit von 95 % bei der Identifizierung von COVID-19 und seinen Varianten in 48 menschlichen Speichelproben.
Dr. Sarah Mahshid
„COVID hat uns die Augen geöffnet, und jetzt müssen wir ernsthafter über die Point-of-Care-Diagnostik nachdenken“, sagte Sara Mahshid, PhD, Assistenzprofessorin für Biomedizintechnik und Canada Research Chair in Nano-Biosensing Devices an der McGill University Medizinische Nachrichten von Medscape. Die Technologie könnte für eine Reihe medizinischer Anwendungen wichtig werden, insbesondere in Gebieten mit geringen Ressourcen.
Die Entwicklung wurde in einem Artikel vom 1. Juni detailliert beschrieben Natur-Nanotechnologie.
Nichtklinisches Setting
Die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, dass schnelle und genaue Tests erforderlich sind, die außerhalb eines klinischen Umfelds eingesetzt werden können. Die Goldstandard-Diagnosemethode ist der PCR-Test, aber seine Genauigkeit ist mit einem Kompromiss verbunden. PCR-Tests erfordern ein langwieriges Protokoll und erfordern eine zentrale Testeinrichtung.
Mit QolorEX wollten die Forscher einen neuen Test entwickeln, der die Genauigkeit der PCR in einem automatisierten Tool erreicht, das außerhalb einer Testeinrichtung oder eines Krankenhauses verwendet werden kann. Mahshid wies auf einen besonderen Bedarf an einem Tool hin, das in Gemeinschaftsumgebungen wie Flughäfen, Schulen oder Restaurants eingesetzt werden kann.
Das Gerät sei kompakt genug, um auf einem Tisch oder einer Bank aufgestellt zu werden, und könne laut Mahshid problemlos in Gruppensitzungen verwendet werden. In der Zukunft hofft sie, das Gerät weiter zu miniaturisieren, um es für den breiten Einsatz skalierbarer zu machen.
Da nur eine Speichelprobe erforderlich ist, ist das Gerät einfach zu verwenden. Im Gegensatz zu aktuellen COVID-19-Schnelltests, die mehrere Schritte umfassen, ist das System automatisiert und erfordert kein manuelles Mischen der Reagenzien. Nach der Entnahme einer Probe tippt ein Benutzer auf eine Schaltfläche in einer Smartphone- oder Computeranwendung. Den Rest erledigt das Gerät.
„Wir sind keine Chemiker, die verstehen, wie man diese Lösungen mischt“, sagte Mahshid. Das Vermeiden dieser zusätzlichen Schritte kann die durch Benutzerfehler verursachten falsch-positiven und falsch-negativen Ergebnisse reduzieren.
Schnelle Ergebnisse
QolorEX kann wie ein Antigen-Schnelltest innerhalb von 13 Minuten Ergebnisse liefern. Wie ein PCR-Test nutzt das Gerät die Nukleinsäureamplifikation. Aber PCR-Tests dauern in der Regel viel länger. Allein die Probenanalyse dauert 1,5 bis 2 Stunden.
Der neue Test beschleunigt die Reaktion, indem er lichtangeregte „heiße“ Elektronen von der Oberfläche eines nanoplasmonischen Sensors injiziert. Das Gerät verwendet dann Bildgebung und einen Algorithmus für maschinelles Lernen, um eine Farbtransformation zu quantifizieren, die auftritt, wenn ein Krankheitserreger vorhanden ist.
Aufgrund der schnellen und zuverlässigen Ergebnisse eignet sich das System möglicherweise für den Einsatz an Orten wie Flughäfen. Bisher mussten Passagiere 24 Stunden auf einen negativen COVID-Test warten, bevor sie ein Flugzeug besteigen konnten. Ein Gerät wie QolorEX würde ein Screening vor Ort ermöglichen.
Die Fähigkeit des Tools, so schnell zwischen bakteriellen und viralen Infektionen zu unterscheiden, ist „eine Anwendung, die sowohl wichtig als auch äußerst schwer zu erreichen ist“, so Nikhil Bhalla, PhD, in einem Forschungsbriefing. Bhalla ist Dozent für Elektrotechnik an der Ulster University in Belfast, Großbritannien.
Die Forscher hoffen, dass das Gerät durch schnelle Ergebnisse dazu beitragen wird, die Ausbreitung von Atemwegserkrankungen zu reduzieren und möglicherweise Leben zu retten.
„Sensibel und spezifisch“
Laut Leyla Soleymani, PhD, von der McMaster University in Hamilton, Ontario, besteht der Hauptvorteil des Tools darin, dass es schnell Ergebnisse liefert und gleichzeitig die Falsch-Positiv- und Falsch-Negativ-Rate niedrig ist. „Im Vergleich zur PCR ist es schwierig, Schnelltests zu finden, die sowohl empfindlich als auch spezifisch sind“, sagte Soleymani gegenüber Medscape.
Obwohl QolorEX zum Nachweis von COVID-19 und anderen Infektionskrankheiten entwickelt wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten des Geräts nicht auf die getesteten Krankheitserreger beschränkt. Das Tool kann auf eine Reihe von Tests angewendet werden, die derzeit die PCR-Technologie verwenden. Mahshid und ihr Team erwägen mehrere andere Anwendungen der Technologie, beispielsweise die Analyse von Therapeutika für antimikrobielle resistente Krankheitserreger, die von der Weltgesundheitsorganisation priorisiert werden. Die Technologie könnte auch das Potenzial haben, Krebs und bakterielle Infektionen zu erkennen, sagte Mahshid gegenüber Medscape.
Doch die spannendste Anwendung bleibt für Soleymani die Diagnose von Infektionskrankheiten. Sie wies jedoch darauf hin, dass unklar sei, ob der Preis des Geräts für den breiten Heimgebrauch zu hoch sei. Für Hausarztpraxen und andere Einrichtungen könnte es praktischer sein.
Bevor das Gerät kommerziell verfügbar wird, sind weitere Tests erforderlich, um die Ergebnisse zu validieren, die auf einer begrenzten Anzahl von Proben basieren, die in einer Forschungsumgebung verfügbar waren.
Die Studie wurde vom MI4 Emergency COVID-19 Research Funding, dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, den Canadian Institutes of Health Research, der Canada Foundation for Innovation und der McGill University unterstützt. Mahshid und Soleymani berichteten über keine relevanten finanziellen Beziehungen.
Nat Nanotechnologie. Veröffentlicht am 1. Juni 2023. Volltext
Gwendolyn Rak ist Gesundheitsreporterin für Medscape und Univadis mit Sitz in Brooklyn, New York.
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