Sneltest op basis van speciaal ontworpen magnetische nanodeeltjes detecteert betrouwbaar ziekteverwekkers in enkele seconden

De huidige sneltesten voor het diagnosticeren van infectieziekten zijn snel, maar niet echt snel. Bij antigeen-zelftesten, PCR-testen of ELISA-testen voor coronavirus duurt het bijvoorbeeld 15 minuten tot enkele uren voordat een betrouwbaar resultaat beschikbaar is.

Een nieuwe en zeer gevoelige sneltest, ontwikkeld door een team van de universiteiten van Würzburg en Erlangen in Beieren, Duitsland, kost daarentegen veel minder tijd. Het is gebaseerd op speciaal ontworpen magnetische nanodeeltjes en een nieuw ontwikkelde meetmethode. Met een mobiel meetapparaat ter grootte van een laptop duurt het slechts enkele seconden om antistoffen tegen het SARS-CoV-2-coronavirus bijvoorbeeld uit een speekselmonster betrouwbaar te detecteren.

Het team rapporteert over deze voortgang in het journaal Natuurcommunicatie. “Onze test zou eigenlijk minder dan een minuut duren, inclusief bemonstering en al het andere. Dit opent volledig nieuwe toepassingsgebieden, bijvoorbeeld bij controles bij de ingang van stadions”, zegt natuurkundige Dr. Patrick Vogel uit Würzburg, eerste auteur van de publicatie .

Kleinste veranderingen gedetecteerd met hoge gevoeligheid

Magnetische nanodeeltjes, kortweg MNP’s, worden tegenwoordig op de meest uiteenlopende gebieden gebruikt. Het zijn bolletjes ijzeroxide van slechts een paar honderd nanometer groot.

Door hun oppervlakken specifiek te engineeren, kunnen niet alleen hun magnetische eigenschappen worden aangepast, maar ook de functionaliteit van hun oppervlak. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt om specifieke antilichamen of antigenen aan de korrels te binden.

Als een dergelijke binding optreedt, vergroten de deeltjes minimaal. Om deze slechts enkele nanometer grote verandering te kunnen meten, heeft het team onder leiding van professor Volker Behr en dr. Patrick Vogel van het Institute of Physics aan de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) een roman ontwikkeld meetmethode: Critical Offset Magnetic PArticle SpectroScopy, kortweg COMPASS. De procedure vereist slechts een kleine hoeveelheid metrologische inspanning; het is snel en even gevoelig voor de complexe ELISA-tests.

De natuurkundigen hebben een echte toepassingstest uitgevoerd met de werkgroep van professor Lars Dölken van het JMU Institute of Virology and Immunobiology. Met een draagbaar COMPASS-meetapparaat konden ze aantonen dat de nieuwe sneltest in slechts enkele seconden antilichamen tegen SARS-CoV-2 detecteert met een robuust resultaat.

Slim gemanipuleerde magnetische deeltjes

Het speciale oppervlak van het partikelsysteem is doorslaggevend voor dit succes. De werkgroep onder leiding van professor Christoph Alexiou van de sectie voor experimentele oncologie en nanogeneeskunde van de KNO-kliniek van het Universitair Ziekenhuis Erlangen is verantwoordelijk voor het ontwerp. De groep is een leider in de productie en functionalisering van magnetische deeltjes.

Het team uit Erlangen heeft het oppervlak van de deeltjes slim gemanipuleerd, zodat een grote verscheidenheid aan bindingspartners daar specifiek aan kan worden vastgemaakt. Deze kunnen dan op hun beurt pathogeenspecifieke antigenen of antilichamen binden.

Wanneer snelheid en betrouwbaarheid nodig zijn

“De nieuwe meetmethode opent vele mogelijke toepassingen waar snelheid en betrouwbaarheid vereist zijn”, zegt professor Behr. Denk hierbij bijvoorbeeld aan het opsporen van nieuwe virusziekten of het screenen van vee op meldingsplichtige ziekten.

Een aanpassing aan nieuw opkomende ziekteverwekkers kan eigenlijk vrij snel worden geïmplementeerd, zegt hij: “De groep uit Erlangen heeft de mogelijkheid om de magnetische nanodeeltjes op grotere schaal te produceren. Voor zover de overeenkomstige liganden beschikbaar zijn, kunnen de testsera worden geproduceerd, ” legt professor Behr uit. Voor een wereldwijde en grootschalige productie zou echter een grote industriële partner nodig zijn.

Het team van het natuurkundig instituut van Würzburg werkt momenteel aan het begrijpen van de fysica van het COMPASS-effect waarop de meting is gebaseerd, nog dieper om het potentieel ervan volledig te kunnen benutten. Daarnaast wordt de nieuwe meetmethodiek nu getest in verschillende toepassingen.