Enzymtechnik verkürzt Virusdiagnosedauer auf Minuten
RVDR hat eines der hartnäckigsten Probleme bei molekularen Tests gelöst, indem es die Notwendigkeit der Nukleinsäureextraktion beseitigt und den Virusnachweis somit erheblich beschleunigt.
Zsolt Lőrincz, RVDR-Projektkoordinator und CEO von TargetEx Biosciences
Die COVID-19-Pandemie hat deutlich gemacht, dass moderne Gesundheitssysteme Schwierigkeiten damit haben, die molekulare Diagnostik in Notfällen schnell genug hochzufahren. Ein wesentlicher Grund dafür ist die Abhängigkeit molekularer Assays von der Nukleinsäureextraktion, einem arbeitsintensiven Schritt, der die Testung verlangsamt und eine spezielle Infrastruktur erfordert. Dieser Engpass wird vor allem in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen problematisch, in denen die Kühlkettenlogistik und geschultes Personal nicht immer verfügbar sind. Die meisten Virusdiagnosen beruhen auf der Polymerase-Kettenreaktion (PCR)(öffnet in neuem Fenster), die virale RNS oder DNS nach der Extraktion und Amplifikation von genetischem Material aus Proben nachweist. Dieser Arbeitsablauf ist zwar hochsensibel, führt aber zu Verzögerungen, die eine rechtzeitige klinische Entscheidungsfindung und Ausbruchsbekämpfung behindern können. Ein schneller und präziser Virusnachweis ist unerlässlich, um der Übertragung vorbeugen, die rechtzeitige Behandlung gewährleisten und die Reaktionen der öffentlichen Gesundheitssysteme bei Ausbrüchen steuern zu können.
Schnellerer diagnostischer Arbeitsablauf
Das von der EU über Horizont Europa(öffnet in neuem Fenster), NKFIH(öffnet in neuem Fenster) und Innovate UK (UKRI(öffnet in neuem Fenster) finanzierte Projekt RVDR erkannte diese Lücke und machte sich daran, eine neue Generation von extraktionsfreien Diagnosetechnologien zu entwickeln, die die breite Zugänglichkeit molekularer Schnelltests ermöglichen können. Bei herkömmlichen Tests dauert die Extraktion 30 bis 60 Minuten und erfordert spezielle Geräte, geschultes Personal und eine Kühlkettenlogistik. Der RVDR-Ansatz ermöglicht es, Rohproben direkt der Amplifikation zuzuführen, was die Gesamtdurchlaufzeit auf nur 15-30 Minuten verkürzt und den händischen Aufwand auf ein Minimum reduziert. „RVDR hat eines der hartnäckigsten Probleme bei molekularen Tests gelöst, indem es die Notwendigkeit der Nukleinsäureextraktion beseitigt und damit den Virusnachweis erheblich beschleunigt“, erklärt Projektkoordinator Zsolt Lőrincz.
Verbesserte Assay-Reagenzien
Die Überwindung der inhibitorischen Speichelbestandteile stand im Mittelpunkt der Innovationsstrategie des Projekts. Das Team entwickelte optimierte Enzyme, die ihre Aktivität unter physiologisch relevanten Salz- und Inhibitorkonzentrationen beibehalten. Ein wichtiger Durchbruch war BeaSTEx, eine neu gestaltete Bst-Polymerase(öffnet in neuem Fenster), die für die DNS-Amplifikation verwendet wird. BeaSTEx weist im Vergleich zum nativen Enzym eine höhere katalytische Effizienz und Amplifikationskinetik auf. Dank dieser verbesserten Eigenschaften eignet sich dieses Enzym ideal für schnelle Assays. Ein automatisiertes Hochdurchsatz-Screening ermöglichte die Bewertung von Tausenden von Formulierungskandidaten, wobei Stabilisatoren und kinetische Verstärker offenbar wurden, die die Enzymleistung ohne Beeinträchtigung der Spezifität beschleunigten. Das Team schuf überdies luftgetrocknete Reagenzienformate, die ungekühlt gelagert und unverzüglich rehydratisiert werden können. Diese kombinierten Fortschritte ermöglichten RVDR die Herstellung ultraschneller Assays, die einen zuverlässigen Nachweis bei herausfordernden Matrizen wie unbehandeltem Speichel ermöglichen und damit einen neuen Maßstab für die Geschwindigkeit der Molekulardiagnostik setzen.
Integration in bestehende Arbeitsabläufe und zukünftige Entwicklungsrichtungen
Die RVDR-Formulierungen wurden so konzipiert, dass sie sich nahtlos in bestehende Diagnosegeräte integrieren lassen, insbesondere in tragbare und Point-of-Care-Systeme. Die Stabilität dieser Reagenzien beseitigt viele der operativen Hindernisse, die die derzeitigen Assays in der Praxis einschränken. „Unser Ansatz bietet zudem ein Anwendungspotenzial, das über die Virusdiagnostik hinaus geht“, betont Lőrincz. Die gleichen biochemischen Eigenschaften der Technologie sind vielversprechend für den Nachweis bakterieller Krankheitserreger, die Prüfung der Lebensmittelsicherheit und die Umweltüberwachung. Diese Vielseitigkeit setzt einen neuen Standard für die dezentrale Diagnostik, verstärkt das sektorübergreifende Entwicklungspotenzial und bietet ein leistungsfähiges Instrument für die Vorbereitung auf künftige Ausbrüche. In der nächsten Phase geht es darum, die Produktion unter Einhaltung der Qualitätsnormen ISO9001 und ISO13485 hochzufahren, Stabilitätsstudien abzuschließen und die Formulierungen auf kommerzielle Diagnoseplattformen zu übertragen. Das Team möchte zudem Partnerschaften aufbauen, um den Einsatz in abgelegenen und ressourcenbeschränkten Umgebungen zu unterstützen. Das Konsortium führt TargetEx Biosciences und PCR Biosystems UK zusammen und wird von Horizont Europe, dem nationalen Büro für Forschung, Entwicklung und Innovation in Ungarn (NKFIH) und der britischen Innovationsagentur (Innovate UK) kofinanziert.