Mikrofluidik zum Nachweis von SARS-CoV-2

Aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie besteht ein dringender Bedarf an Möglichkeiten, das SARS-CoV-2-Virus schnell, genau und in grossem Massstab nachzuweisen, um seine Ausbreitung zu kontrollieren.

Nun haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus drei Schweizer Institutionen ein neues mikrofluidisches Gerät entwickelt, das SARS-CoV-2 mit einem hohen Grad an Genauigkeit nachweisen kann. Das Gerät kann SARS-CoV-2 von anderen Atemwegsviren wie dem Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) unterscheiden und ist damit ein potenzieller Wegbereiter im Kampf gegen Coronaviren. Das Projekt wurde von Sandrine Gerber-Lemaire von der EPFL, Igor Stefanini von der SUPSI und Francesco Bertoni von der USI geleitet.

Das Gerät verwendet einen DNA-Biosensor, um RNA von SARS-CoV-2 im menschlichen Speichel nachzuweisen. Wenn die virale RNA an den DNA-Biosensor bindet, bildet sie einen DNA/RNA-Duplex. Diese wird dann von dem Sensor nachgewiesen, der nur 10 Attomolar der Virus-RNA aufnehmen kann. Zur Veranschaulichung: Ein Attomolar entspricht einem Tropfen Wasser in einem Schwimmbecken von olympischer Größe.

Das Gerät basiert auf der Mikrofluidik, einer Technologie, die den Fluss sehr kleiner Flüssigkeitsmengen durch winzige Kanäle steuert. Mit Hilfe der Mikrofluidik steuert das neue Gerät den Speichelfluss, damit der DNA-Biosensor die virale RNA nachweisen kann. Der DNA/RNA-Duplex wird dann durch Fluoreszenzmessungen nachgewiesen.

So arbeitet der neue Virusdetektor. Bild: Sandrine Gerber-Lemaire.

Der Virusdetektor kann in nicht-medizinischen Umgebungen eingesetzt werden und liefert Ergebnisse in weniger als zehn Minuten, wodurch er sich hervorragend für die Point-of-Care-Diagnostik an Flughäfen, Schulen, Arbeitsplätzen usw. eignet. Und da er hochselektiv für das SARS-CoV-2-Virus ist, erzeugt er keine falsch-positiven Ergebnisse für andere Coronaviren.

Das Gerät könnte eine wichtige Rolle bei der Überwachung der Bevölkerung und der Eindämmung der COVID-19-Pandemie spielen. «Das Gerät ist sehr vielseitig», sagt Sandrine Gerber-Lemaire, «die Biosensoreinheit kann durch die Auswahl und Immobilisierung anderer DNA-Sondensequenzen leicht an den Nachweis anderer Viren angepasst werden.»