05.02.2021 - Universidad de Navarra

Neue COVID-19-Diagnoseplattform ist effizienter als kommerzielle PCR-Testkits

Neuartige Methode entwickelt, die asymptomatische Fälle mit mehr als 95 % Sensitivität erkennt

Forscher der Cima Universidad de Navarra haben eine groß angelegte, hochsensitive COVID-19-Diagnoseplattform entwickelt, die effizienter ist als die derzeit verfügbaren kommerziellen PCR-Testkits. Sie besteht aus einer Ribonukleinsäure (RNA)-Extraktionsmethode, die es erlaubt, große Mengen von Proben parallel zu verarbeiten, unabhängig von kommerziellen Extraktions-Testkits. Cima-Forscher haben bestätigt, dass dieses Protokoll eine Sensitivität von mehr als 95 % bietet, um asymptomatische Fälle zu erkennen, und sie haben es der wissenschaftlichen Gemeinschaft kostenlos online zur Verfügung gestellt (siehe Link auf der rechten Seite).

Die Wissenschaftler haben geschätzt, dass derzeit die Mehrheit der Bevölkerung nicht gegen das SARS-CoV-2-Virus immunisiert ist. Diese Menschen, so die Forscher, würden mit serologischen Tests keine nachweisbaren Antikörper in ihrem Blut aufweisen. Serologische Schnelltests, die Antikörper vom Typ IgM (sehr frühe Phase) oder vom Typ IgG (immunisierte Personen) nachweisen, haben eine unterschiedliche Empfindlichkeit. Serologische Tests können die Immunreaktion im Organismus nachweisen, aber sie können nicht das Vorhandensein des Virus im Rachenraum nachweisen. In den ersten fünf Tagen der Erkrankung können Patienten völlig asymptomatisch sein, keine Antikörper aufweisen und eine hohe Viruslast im Rachen haben, also hochansteckende Virusträger sein. Es gibt jedoch eine Krankheitsphase, in der die Patienten zwar Antikörper, aber auch Viruspartikel im Rachen oder in anderen Organen haben und damit potenziell ansteckend sind.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine Technik, die den Nachweis der RNA des SARS-CoV-2-Virus in biologischen Proben ermöglicht. Obwohl es mehrere Standard-PCR-Protokolle gibt, die von Einrichtungen wie der Charité (Deutschland) oder der amerikanischen CDC entwickelt wurden, hängen alle von der RNA-Extraktion als erstem Schritt ab. Dieser Schritt ist einer der Hauptengpässe im Nachweisverfahren, da die derzeitige RNA-Extraktionsmethodik nur eine begrenzte Verarbeitung zulässt und die Untersuchung großer Populationen nicht möglich ist.

Sowohl Schnelltests als auch PCR-Tests sind für Szenarien wie die Erleichterung von Abriegelungsmaßnahmen von Bedeutung. Es ist von entscheidender Bedeutung, asymptomatische Träger in den ersten Tagen nach einer solchen Lockerung schnell zu erkennen, damit wir weitere Pandemieausbrüche vermeiden können.

Die Technik von Cima wird es ermöglichen, vollständige Stichproben zu nehmen, um Fälle von COVID-19 (sowohl symptomatische als auch asymptomatische) in Gruppen von Interesse wie Pflegeheimen und Unternehmen zu erkennen. Dr. David Lara-Astiaso, Direktor der Genomics Unit an der Cima Universidad de Navarra, ist von der University of Cambridge gewechselt, um dieses Projekt in Spanien voranzutreiben. Er erklärt: "Am Weizmann Institut in Israel habe ich jahrelange Erfahrung in der Analyse von RNA-Expressionsprofilen in großen Probenkohorten gesammelt, indem ich "High Capacity"-Technologien eingesetzt habe. Ich habe auch neue Technologien entwickelt, um diese Art von Studien in sehr wenigen Proben, sogar in einzelnen Zellen, durchführen zu können. Angesichts der aktuellen Situation, die durch COVID-19 verursacht wurde, haben wir beschlossen, dieses Wissen anzuwenden, um Hunderte oder Tausende von Proben gleichzeitig auf der Suche nach der SARS-CoV-2-Coronavirus-RNA zu untersuchen.

Es ist nicht klar, dass das Vorhandensein von Antikörpern - oder auf welchem Niveau - Immunität gegen neue COVID-19-Infektionen garantiert. Dr. Josepmaría Argemí, Forscherin bei Cima und Spezialistin für Hepatologie an der Clinica Universidad de Navarra, sagte: 'Wir müssen sicherstellen, dass große Populationen mit hocheffizienten PCR-Plattformen wie der unseren getestet werden können. Dies ist ein entscheidendes Element, um ein erneutes Auftreten oder eine zweite Welle von COVID zu verhindern." Dr. Argemí ist einer von 13 Freiwilligen, die an diesem Projekt teilgenommen haben.

Das Cima-Team unter der Leitung von Dr. Lara-Astiaso und Dr. Argemí hat sich in die Hände der spanischen Behörden begeben, um die Bevölkerung und die angeforderten Gemeinden zu testen und auf diese Weise zu helfen, die COVID-19-Sperre auf möglichst präzise, schnelle und sichere Weise aufzuheben.

Neuartige RNA-Extraktionsmethode

Die Methodik von Cima verbessert den RNA-Extraktionsprozess, der derzeit vor dem COVID-Nachweis mittels RT-PCR durchgeführt wird. Dr. Lara-Astiaso erklärte: "Normalerweise erfordern kommerzielle Testkits ein manuelles Extraktionsverfahren, das auf der Verwendung von Säulen und Zentrifugen basiert. Mit unserem System erfolgt die Extraktion der RNA auf 96-Well-Platten. Eine Zentrifugation ist nicht erforderlich, da wir magnetische Beads verwenden, die RNA binden. Das erlaubt den Forschern, einen Magneten zu verwenden, der die Beads an die Seite des Röhrchens zieht und die RNA schnell und automatisch aus vielen Proben reinigt.'

Sobald die Wissenschaftler die RNA extrahiert haben, wird sie in einer quantitativen PCR-Reaktion (oder RT-qPCR) verwendet, die das Vorhandensein von viraler RNA nachweist und sogar die ungefähre Viruslast in der Probe bestimmen kann. Die Cima-Forscher haben diesen Prozess mit einem Gerät von Perkin-Elmer automatisiert, so dass sie 384 Proben in weniger als zwei Stunden verarbeiten konnten.

Dr. Argemí erklärt: "Ein Team von vier Cima-Wissenschaftlern kann derzeit 1.920 Proben pro Tag analysieren, aber diese Zahlen können auf Basis der verfügbaren PCR-Geräte und mit nur wenigen zusätzlichen Mitarbeitern skaliert werden. Ein weiterer großer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Menge der verwendeten Reagenzien geringer ist als bei den üblichen COVID-Nachweisprotokollen".

Darüber hinaus hat Cima dank der Spende der Ramón Areces Stiftung einen Bravo-Mehrkanalroboter der Firma Agilent eingebaut, der diesen Prozess vollständig automatisiert und die Kapazität der Probenverarbeitung bei minimalem Personaleinsatz praktisch verdoppelt. Dieser Roboter reduziert den Zeitaufwand, erhöht die Reproduzierbarkeit und verringert die Möglichkeit von menschlichen Fehlern oder Kontaminationen von einer Probe zur anderen.

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