Empfindliches magnetisches "Mix & Measure" Immunoassay zum SARS-Cov-2 Virusnachweis: hin zu einer Tischgerät-basierten bedarfsorientierten Diagnostik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Aidin Lak; Dr. Maren Schubert; Dr.-Ing. Thilo Viereck
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503667663

Der Bedarf an empfindlichen, kostengünstigen und einfach anzuwendenden Tests zum Nachweis von Viren und Antikörpern war noch nie so hoch wie seit Ausbruch der aktuellen COVID19-Pandemie. Die verfügbaren kolorimetrischen Antigen-Schnelltests sind zwar relativ einfach durchzuführen und auszuwerten, sind aber nicht empfindlich genug, um selbst Patienten mit einer mittleren Viruslast (106-107 Viren/Abstrich) zuverlässig zu erkennen, und sie liefern nur qualitative Informationen. Dies ist für die Eindämmung von Corona problematisch.In diesem Projekt werden wir quantitative magnetische Immunoassays auf der Grundlage der Magnetpartikel-Spektroskopie (MPS) untersuchen, die schnelle und empfindliche Diagnostik am Einsatzort ermöglichen. Unser Nachweisverfahren, bei dem Antikörper-konjugierte magnetische Nanopartikel (MNP) als Biomarker verwendet werden, kann mit einem kleinen Tischgerät direkt an der Bioflüssigkeit des Patienten (z.B. Speichel) durchgeführt werden, wobei ein einfaches Mischen-und Messen-Verfahren (mix-and-measure) verwendet wird, das auch von ungeschultem Personal leicht anzuwenden ist.Wir werden uns mit grundlegenden Fragestellungen bei der Entwicklung homogener magnetischer Immunoassays für den universellen Virusnachweis befassen, indem wir Kompetenzen aus der Materialwissenschaft (magnetische Nanopartikel), der Biologie (Antikörper) und der Ingenieurwissenschaft (MPS Messgerät) zusammenführen. Wir werden unsere magnetischen Nanopartikel hinsichtlich der dynamischen magnetischen Eigenschaften für ein großes magnetisches Signal anpassen und die Oberflächenchemie durch Anpassung der Ladung und Hydrophilie so gestalten, dass sie eine hochspezifische Bindung an Viren und Antigene sowie eine ausgezeichnete Stabilität in Bioflüssigkeiten erreicht. Wir werden monoklonale Antikörper-MNP-Konjugate mit optimierten Bindungseigenschaften, kontrollierter Bindungsrichtung und niedriger Abfallrate (off-rate) herstellen, um sowohl empfindliche als auch quantitative Assays zu ermöglichen. Außerdem werden wir ein spezielles MPS-Tischgerät bauen, mit dem die Nutzer magnetische Immunoassays einfach, kostengünstig und ohne spezielle Schulung direkt am Ort des Bedarfs durchführen können.Neben der Untersuchung grundlegender Forschungsfragen zu Antikörper-MNP-Markern, Messtechnik und Testprotokollen werden wir alle Schritte in relevanten biologischen Medien (Bioflüssigkeiten) etablieren und schließlich unsere Assays an Viruspartikeln direkt aus Zellkulturproben validieren.Durch Zusammenführen unserer drei einzigartigen Expertisen werden wir – zum ersten Mal – ein vollständig optimiertes, hochempfindliches und kompaktes MPS-basiertes Nachweissystem etablieren. Damit soll ein konkurrenzfähiges magnetisches Immunoassay für die empfindliche, kostengünstige, schnelle und quantitative Diagnostik von SARS-CoV-2 (und darüber hinaus) ermöglicht werden, welches die für ein großangelegtes Screening von Patientenproben relevante Nachweisgrenze erreicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen