VIROSENS: Schnellnachweis von Virusinfektionen mittels optischer Biosensortechnologie

Durch sozioökonomische und klimatische Veränderungen, gestiegene Mobilität und Bevölkerungswachstum, hat sich die Gefahr neu auftretender und sich schnell ausbreitender viraler Krankheiten erhöht. Eine frühzeitige Diagnostik dieser Krankheiten ist für eine optimale Behandlung der Patienten von entscheidender Bedeutung. Ziel des Projektes VIROSENS war es, eine portable Biosensor-Plattform zu entwickeln, die einen schnellen Nachweis von Viren und virus-spezifischen Anitikörpern, beispielsweise aus Blut, Serum oder Plasma, ermöglicht.

Die sichere Erkennung von viralen Infektionskrankheiten ist überlebenswichtig.

Die schnelle und sichere Erkennung von viralen Infektionskrankheiten ist überlebenswichtig.

iStockphoto.com/skynesher

Auf Grund sozioökonomischer und klimatischer Veränderungen, steigender Mobilität sowie Bevölkerungswachstum hat sich die Gefahr neuer hochansteckender und sich schnell ausbreitender Krankheitserreger signifikant erhöht. Vor allem durch infizierte Flugreisende gelangen Viren rasch von einem Kontinent zum anderen.

Bei dem bisher größten Ausbruch des Ebolavirus in Afrika in den Jahren 2014/2015 hatten sich die Erreger in sehr kurzer Zeit in den westafrikanischen Ländern verbreitet. Durch infizierte Reisende gelangte das Virus dann in die USA und nach Europa. Auch die rasante Ausbreitung der Zikaviren in Südamerika verdeutlicht den Bedarf an schneller und zuverlässiger Diagnostik für neu auftretende Infektionserreger.

Potenziell gefährliche virale Erreger müssen frühzeitig erkannt werden, um eine optimale Behandlung der Patienten zu ermöglichen und eine effiziente Gefahrenanalyse für das Umfeld durchzuführen. Ein mögliches Szenario wäre hierfür eine rasche Vor-Ort-Diagnostik in großen Reisezentren, wie zum Bei-spiel an Flughäfen. Die gegenwärtige Diagnostik von hochansteckenden Viren basiert jedoch hauptsächlich auf zeit- und kostenintensiven Nachweismethoden, die in Sicherheitslaboren von speziell geschultem Personal durchgeführt werden müssen.

Deshalb hat sich das BMBF-Verbundprojekt „Schnellnachweis von Virusinfektionen mittels optischer Biosensortechnologie (VIROSENS)“ zum Ziel gesetzt, ein Biosensor-Gerät zu entwickeln, das sowohl in der Lage ist, einen direkten Nachweis von Viruspartikeln (Virionen) als auch einen indirekten Nachweis von Viren durch Immunantikörper aus Blut- oder anderer Körperflüssigkeit (Serum) eines Patienten zu ermöglichen. Durch diese Kombination kann eine deutlich schnellere Aussage erzielt werden als mit den bisher verfügbaren Testsystemen.

Das Forschungsprojekt wurde koordiniert durch die Biametrics GmbH aus Tübingen. Projektpartner war das Robert Koch-Institut in Berlin. Als assoziierter Partner arbeitete die EUROIMMUN AG in Lübeck mit. Das neu erforschte Gerät ist mit seinen geringen Abmessungen und Leistungsparametern tragbar gestaltet. Dank Batteriebetrieb können alle notwendigen Messungen vor Ort (am so genannten „point-of-need“, PON) durchgeführt werden. Eine neuartige Einmalkartusche verhindert eine spezifische Verunreinigung (Kontaminationen) des Systems mit infektiösem Material oder Körperflüssigkeiten. Die Bedienung ist intuitiv und vereinfacht, sodass kein speziell geschultes Personal erforderlich ist, um die Messungen durchzuführen. Die verwendete Detektionsmethode ist dabei jedoch so robust, dass auch Temperaturänderungen während der Messung keinen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Dies ist eine grundlegende Voraussetzung für den Einsatz am point-of-need.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: Die Forschungspartner haben im Verbundprojekt VIROSENS ein tragbares, PON-fähiges Gerät entwickelt, das einen direkten und serologischen Nachweis von Viren (im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten) durchführen kann. Der Batteriebetrieb ermöglicht einen Einsatz von über acht Stunden vor Ort. Das neu erforschte automatisierte Gerät verfügt neben einer Detektionseinheit über ein komplettes Mikrofluidik-System, das eine Probenentnahme und -zuführung an den Biosensor ermöglicht. Die Kartusche wurde als Einwegteil entwickelt, sodass eine Kontamination weiterer Einheiten vermieden und das Infektionsrisiko des Personals auf ein Minimum eingedämmt werden kann. Mithilfe des Biosensor-Gerätes können sowohl Viren als auch Antikörper (serologischer Nach-weis) erfolgreich und innerhalb weniger Minuten erkannt werden.

Die von den Projektpartnern entwickelten Methoden ermöglichen den Nachweis unterschiedlichster Viren, wie zum Beispiel Erreger von Gelbfieber, Hirnhautentzündung (FSME-) oder Ebola. Im Forschungsprojekt wurden auf diese Weise erstmalig serologische Tests mit dem direkten Nachweis von Viren kombiniert, wodurch eine verlässlichere und schnellere Aussage als mit den bisher verfügbaren Testsystemen zu erwarten ist. Das trägt bei einem Ausbruch von gefährlichen Krankheitserregern entscheidend zum Schutz der Menschen bei, weil nur auf Basis einer zuverlässigen und raschen Diagnostik wirksame Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

   

Weiterführende Informationen zum Verbundprojekt

Förderkennzeichen 13N12559 und 13N12560

Projektlaufzeit: 11/2012 - 01/2016

Projektumriss VIROSENS (pdf-Datei)