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Corona-Schnelltest

Imec startet Entwicklung eines Schnelltests für Atemluft

26. Oktober 2020, 09:45 Uhr   |  Gerhard Stelzer

Imec startet Entwicklung eines Schnelltests für Atemluft
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Das Mikroelektronikforschungszentrum Imec hat mit der Entwicklung eines SARS-CoV-2-Schnelltests begonnen, der mit der Atemluft der Testperson auskommt.

Das Mikroelektronikforschungszentrum Imec startet die Entwicklung eines SARS-CoV-2-Tests, der in weniger als fünf Minuten positive Fälle detektiert und bestätigt, ob jemand ansteckend ist. Dazu reichen die Viruspartikel in ausgeatmeter Luft.

Das flämische Mikroelektronikforschungszentrum Imec mit Sitz in Leuven hat mit der Entwicklung eines bahnbrechenden SARS-CoV-2-Tests begonnen. Im Gegensatz zu derzeitigen Ansätzen (mit Blut, Speichel oder einem Nasen-Rachen-Abstrich) wird der neue Test SARS-CoV-2-Viruspartikel in ausgeatmeter Luft einer Person identifizieren. Die Lösung verspricht die genaue Identifizierung eines ansteckenden Falls in weniger als fünf Minuten. Dies wird schnellere, einfachere, bequemere und umfangreichere Tests ermöglichen – eine wesentliche Voraussetzung, um Epidemien viel früher in den Griff zu bekommen und gleichzeitig ihre wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen zu begrenzen. Für die klinische Validierung der Lösung arbeitet Imec mit dem Universitätskrankenhaus UZ Leuven zusammen. Bis zum Sommer 2021 will das Imec einen funktionsfähigen Prototyp am Flughafen Brüssel testen.

Gerade derzeit wird wieder überdeutlich, dass Viren in der Lage sind, hart zuzuschlagen und das Leben der Menschen auf den Kopf zu stellen. Um die Auswirkungen von Epidemien und Pandemien auf unsere Gesundheit, Gesellschaft und Wirtschaft so gering wie möglich zu halten, müssen Regierungen und Experten in der Lage sein, schnell und genau einzuschätzen, wie sich ein Virus verbreitet. Die heutigen Diagnoseinstrumente für SARS-CoV-2 weisen jedoch einige Einschränkungen auf.

Der SARS-CoV-2-Schnelltest von Imec soll lediglich mit der Atemluft einer Testperson auskommen.
© Imec

Der SARS-CoV-2-Schnelltest von Imec soll lediglich mit der Atemluft einer Testperson auskommen.

Das empfindlichste und zuverlässigste Instrument ist heute der Polymerase-Kettenreaktionstest (PCR), mit dem das genetische Material des Virus in einer Probe aus dem Nasen-Rachen-Raum nachgewiesen werden kann. Die Kehrseite dieses Diagnose-Instruments besteht darin, dass geschultes medizinisches Personal den Abstrich entnehmen muss, und der Vorgang von vielen als höchst unangenehm beschrieben wird. In der Regel vergehen mehr als 24 Stunden bis das Ergebnis vorliegt oder mitgeteilt wird.

Eine andere Alternative, der Antigen-Schnelltest, ist aufgrund seiner Komplexität weniger zuverlässig. Schließlich ist der serologische Test (der eine Blutprobe verwendet) schneller und kostengünstiger als ein PCR-Test, erkennt aber erst, ob jemand Antikörper entwickelt hat, nachdem die Person mit dem Virus in Kontakt gekommen ist.

In nur fünf Minuten soll das Testergebnis auf SARS-CoV-2 vorliegen.
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In nur fünf Minuten soll das Testergebnis auf SARS-CoV-2 vorliegen.

»Während jeder dieser Tests Hinweise auf eine aktuelle oder frühere Infektion liefern kann, kann keiner von ihnen feststellen, inwieweit jemand das Virus noch auf andere übertragen kann. Deshalb haben wir mit der Entwicklung eines Tests begonnen, der in weniger als fünf Minuten anzeigt, ob jemand das SARS-CoV-2-Virus in sich trägt und ob er mit hoher Wahrscheinlichkeit ansteckend ist. Um dies zu erreichen, sucht unsere Lösung nach SARS-CoV-2-Viruspartikeln in der Atemluft einer Person, denn die Forschung zeigt, dass Atempartikel die Hauptübertragungsmethode des Virus sind«, erklärt Peter Peumans, CTO für Gesundheitstechnologien beim Imec. »Bei positiven Ergebnissen in unseren klinischen Studien wird unser Werkzeug die Tests auf SARS-CoV-2 einfacher, schneller, bequemer und in viel größerem Maßstab möglich machen. Darüber hinaus gestalten wir unseren Test so, dass er flexibel mit dem Anstieg anderer Viren und Keime umgehen kann, die sich über ausgeatmete Partikel verbreiten - wie Influenza, RSV und Tuberkulose.«

Peter Piot, Mikrobiologe und Mitglied des Beratungsgremiums der Europäischen Kommission für COVID-19, bestätigt dies: »Es ist jetzt klar, dass das Virus präsymptomatisch über ausgeatmete Partikel übertragen wird. Ein SARS-CoV-2-Test über eine Atemluftprobe in Verbindung mit einer ultraschnellen molekularen Analyse würde das Szenario verändern, da er die rechtzeitige Erkennung der Personen ermöglichen würde, die das Virus am wahrscheinlichsten übertragen. Da eine Atemprobe im Vergleich zu Abstrichen oder Speichel viel weniger invasiv ist, würde sie auch häufigere Tests und eine schnellere Rückkehr zur Normalität ermöglichen.«
Die Lösung der Wissenschaftler am Imec besteht aus einem Probensammler und einer Analyseeinheit, die beide kundenspezifisch entwickelt werden. Die Forscher richten einen Großteil ihrer Aufmerksamkeit auf den Probensammler, der als Aerosol- (und Viruspartikel-)Sammler fungiert und die quantitative Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-PCR-Funktion (RT-qPCR) der Lösung unterstützt.

PCR-Kavitäten im Silizium-Mikromaßstab

Testpersonen werden per App über das Testergebnis informiert.
© Imec

Testpersonen werden per App über das Testergebnis informiert.

»Eine Zusammenführung dieser Aufgaben unter Verwendung herkömmlicher Technologien wäre extrem schwierig. Wir haben aber einen Chip entwickelt, der effektiv beides kann. Seine PCR-Kavitäten im Silizium-Mikromaßstab bieten Tausende von Impaktoren, mit denen wir die Viruspartikel einfangen können, während seine leistungsstarke RT-qPCR-Funktion die Dauer der PCR von 50 auf 5 Minutenverkürzt. Wichtig ist auch, dass die Standard-Siliziumtechnologie, die zur Herstellung dieses Chips verwendet wird, eine Massenproduktion zu niedrigen Kosten ermöglicht«, erläutert Peumans. »Dank eines Zuschusses in Höhe von 2 Mio. Euro, der von der flämischen Regierung zur Verfügung gestellt wurde, haben wir einen fliegenden Start hingelegt«, freut sich Luc Van den hove, CEO des Imec.
»Schließlich wird die Geschwindigkeit, mit der wir diesen Test auf den Markt bringen können, stark von der richtigen finanziellen Unterstützung abhängen. In Erwartung der Beteiligung weiterer Investoren hat das Imec beschlossen, die notwendigen Mittel als Teil unseres Beitrags zum globalen Kampf gegen COVID-19 vorzuinvestieren.«

»Wir freuen uns, bei dieser aufregenden neuen Entwicklung mit dem Imec zusammenzuarbeiten«, erklärt Professor Katrien Lagrou, Leiterin des molekulardiagnostischen Labors der UZ Leuven. »Wir werden nicht nur umfassende klinische Unterstützung bei der Validierung des Tests leisten, sondern auch die Entwicklung mit Hilfe des PCR-Diagnostik-Know-hows unterstützen, das wir seit über 20 Jahren an der UZ Leuven aufgebaut haben. Der neue Test könnte sehr breit eingesetzt werden. Auch für ein erstes SARS-CoV-2-Screening von potenziell ansteckenden Patienten oder medizinischem Personal in Krankenhäusern wird ein solcher Schnelltest mit dem Ausatemluftstrom sehr wertvoll sein.«

Schnelltest als Schlüssel zur Erholung des Luftfahrtsektors

Nach der Entwicklung der zugrundeliegenden Technologie werden Experten des Universitätsspitals der UZ Leuven gemeinsam mit dem Imec eine umfassende klinische Studie durchführen. Bis zum Sommer 2021 wollen die Forscher einen funktionsfähigen Prototyp auf dem Flughafen Brüssel testen, um sicherzustellen, dass die endgültige Lösung alle Anforderungen erfüllt, die notwendig sind, damit die Menschen sicher und bequem reisen und sich wieder treffen können. »Wir sind überzeugt, dass die Tests am Flughafen Brüssel ein Schlüsselelement für die Erholung des Luftfahrtsektors sind und sein werden«, erklärt Arnaud Feist, CEO der Brussels Airport Company. »Die Schaffung einer sicheren Umgebung für unsere Passagiere hat für uns oberste Priorität, und in diesem Zusammenhang ist es für uns unerlässlich, uns auf schnelle und zuverlässige Tests zu verlassen.«

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