Es gibt jetzt ein schnelles, genaues COVID

Die COVID-19-Pandemie wird für immer mit beispiellosen Lockdowns und Unannehmlichkeiten wie dem Tragen von Masken in der Öffentlichkeit verbunden sein. Und das liegt vor allem daran, dass Gesundheitsexperten keine Ahnung hatten, wo genau das SARS-CoV-2-Virus lauerte und wie riskant überfüllte Bereiche wie Arbeitsplätze, Klassenzimmer und öffentliche Verkehrsmittel waren.

Aber was wäre, wenn ein einfach zu bedienendes mobiles Gerät SARS-CoV-2 in einem bestimmten Raum in Echtzeit erkennen könnte? Das würde den Menschen das Vertrauen geben, maskenlos zu bleiben, wenn kein Virus im Umlauf wäre, oder Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, wie das Tragen einer Maske, oder die Einstellung ganz zu vermeiden, wenn das Virus entdeckt wird.

Forscher der Washington University St. Louis berichten in Nature Communications, dass ihnen genau das gelungen ist, und zwar mit einem Prototyp eines Geräts in der Größe einer Mikrowelle, das in etwa fünf Minuten Anzeichen von SARS-CoV-2 erkennen kann. Unter der Leitung von Rajan Chakrabarty, außerordentlicher Professor für Energie-, Umwelt- und Chemieingenieurwesen, wollte das Team den umständlichen Prozess verbessern, der mit handelsüblichen Luftdetektoren verbunden ist, die nur Luftproben entnehmen können und zusätzliche PCR-Tests der Proben erfordern, die bis zu 30 Minuten dauern können 24 Stunden bis zur Rückgabe der Ergebnisse. Die Geräte sind außerdem teuer und belaufen sich auf Tausende bis Zehntausende Dollar pro Einheit. Nach drei Jahren haben sie ein Gerät entwickelt, das ihrer Meinung nach sogar eine bessere Leistung als die kommerziellen Methoden bei Labortests erbringt und sich so skalieren lässt, dass es nur ein paar Cent pro Test kostet.

Der Schlüssel zum Erfolg des neuen COVID-19-Detektors ist eine superschnelle Methode zur Luftzirkulation im Gerät, die einen Zyklon nachahmt. Es entzieht der Umgebung etwa tausend Liter Luft pro Minute und erzeugt so eine konische Form, die alle in diesem Strom zirkulierenden Partikel einfängt. Das Gerät ist mit einem Biosensor ausgestattet, der zwei Dinge tut. Erstens nutzt es winzige Moleküle von Lamas, die außergewöhnlich gut am Spike-Protein von SARS-CoV-2 haften, um eventuell vorhandene Viren zu entfernen. Als nächstes wird ein elektrischer Strom durch den Biosensor geleitet und bewirkt die Oxidation einer bestimmten Aminosäure im Spike-Protein, die letzte Reaktion, die das Vorhandensein des SARS-CoV-2-Virus bestätigt.

In Labortests erkannte das Gerät das COVID-19-Virus, einschließlich seiner neuesten Varianten, mit einer Genauigkeit von 77 bis 83 %. (Es erkennt SARS-CoV-2, kann aber nicht zwischen den verschiedenen Varianten unterscheiden.) Als die Forscher verschiedene Viruskonzentrationen auf ihrem Gerät und zwei im Handel erhältlichen Luftdetektoren testeten, war ihr Gerät das einzige, das geringe Mengen an viralem genetischem Material nachweisen konnte in Form von RNA.

Das Team schickte außerdem Prototypen an zwei Personen, die positiv auf COVID-19 getestet wurden und sich freiwillig bereit erklärten, das Gerät in ihren Häusern zu verwenden. Die Luftkeimsammler erkannten das Virus in ihren jeweiligen Schlafzimmern nach fünfminütiger Probenahme genau.

Von einer infizierten Person ausgeatmete oder ausgestoßene virale RNA verbleibt nicht in Tröpfchenform, sondern wird in Partikel mit einem Durchmesser von fünf bis zehn Mikrometern zerstäubt (zum Vergleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt 40 bis 70 Mikrometer). Angesichts der Tatsache, dass ein Raum mit einer einzelnen infizierten Person nur 10 RNA-Kopien des SARS-CoV-2-Virus pro Kubikmeter Luft enthalten kann, liegt die Wahrscheinlichkeit, in einem typischen Raum etwas so Kleines aufzunehmen, bei etwa eins zu einer Million oder einer von einer Milliarde. „Es ist, als würde man eine Nadel im Heuhaufen finden“, sagt Chakrabarty.

Da dieses Gerät die Luft jedoch mit einer so hohen Geschwindigkeit filtert, erhöht es die Wahrscheinlichkeit, diese mikroskopisch kleinen Viruspartikel aufzufangen, erheblich. „Das Schöne an dieser Erkennungstechnik ist, dass sie äußerst empfindlich ist“, sagt Chakabarty. Basierend auf Tests im Labor, sagt er, kann das Virus wahrscheinlich sogar von einer leicht infizierten Person in einem typischen Raum nachgewiesen werden.

Und da das Gerät tragbar ist, geht Chakrabarty davon aus, dass es überall dort eingesetzt werden kann, wo Menschen sofortige Berichte darüber benötigen, ob das COVID-19 vorhanden ist, auch zu Hause. Der Bau des Detektors kostete sein Labor ein paar tausend Dollar, aber er geht davon aus, dass die Kosten durch die Massenproduktion deutlich sinken werden. Ein auf Krankheitserkennung spezialisiertes Unternehmen, Y2X Life Sciences mit Sitz in New York, hofft, die Technologie von der Universität lizenzieren zu können, um genau das zu ermöglichen.

Neben der Verwendung des Detektors zur sofortigen Messung von COVID-19 an Orten wie Arbeitsplätzen, Klassenzimmern und Flughäfen – ganz zu schweigen von Krankenhäusern – geht Chakrabarty auch davon aus, dass das Gerät Teil der Entwicklung präventiver Strategien für die öffentliche Gesundheit sein kann, wenn es in Leitungen installiert wird 24 Stunden am Tag, um Viren auf ganzen Etagen oder sogar einem kleinen Gebäude zu erkennen. Und wenn andere krankheitsverursachende Viren hinzukommen, kann der Biosensor so angepasst werden, dass er auch diese erkennt. Das Forschungsteam arbeitet bereits an einem Gerät, das auch Influenza und RSV identifizieren könnte.

Kontaktiere unsunter [email protected].