Labordiagnostik

Schnelle PCR-Tests per Knopfdruck

Seit der Firmengründung stehen Philippe Bechtold (links) und Michele Gregorini deutlich seltener im Labor.
Seit der Firmengründung stehen Philippe Bechtold (links) und Michele Gregorini deutlich seltener im Labor.
© ETH Zürich/A. Della Bella

Neues Gerät kann auch außerhalb des Labors betrieben werden

Die ETH-​Forscher Michele Gregorini und Philippe Bechtold haben ein Gerät entwickelt, mit dem sich PCR-​Tests unkompliziert auch ausserhalb des Labors durchführen lassen – in weniger als 30 Minuten. Nun geben sie als Jungunternehmer Vollgas, damit ihr Produkt bald in der Medizin angewandt wird.

Ein Test kostet wenige Franken

PCR-​Tests sind der Goldstandard bei der Diagnose von Infektionskrankheiten, und das nicht erst seit der Corona-​Pandemie. Einfache Erkältung, Grippe oder gar eine Lungenentzündung: Um bei einer Atemwegsinfektion die genaue Art des Erregers zu bestimmen, macht die Ärztin oder der Arzt einen Rachenabstrich und schickt die Patientenprobe zur Analyse an ein medizinisches Labor. Die Resultate treffen meist erst mehrere Tage später ein.

Geht es nach Gregorini und Bechtold, soll dieser Ablauf in Zukunft einfacher und vor allem schneller werden. Ihre Vision: Das Gesundheitspersonal führt die PCR-​Tests direkt in der Praxis durch – in weniger als 30 Minuten. Patientinnen und Patienten könnten so schon beim ersten Besuch von einer optimalen Behandlung profitieren.

»Das spart nicht nur Zeit, sondern vor allem Geld«, so Gregorini. Ein Test soll nur wenige Franken kosten. In Entwicklungsländern, wo das Geld für Laboranalytik oftmals fehlt, würden PCR-​Tests so erst zugänglich gemacht.

Testkartusche gleicht einem Kaffeepad

Die Testkartusche aus Aluminium.
Die Testkartusche aus Aluminium.
© ETH Zürich/M.Gregorini

Seit fast fünf Jahren arbeiten die Gründer des ETH-Start-ups Diaxxo nun an ihrem PCR-​Gerät. Den ersten Prototyp haben sie von A bis Z selbst entwickelt: Gehäuse, Elektronik, Software und auch die auswechselbare Testkartusche, also das Gefäss, in dem die biochemische Reaktion stattfindet. Diese gleicht in Form und Grösse einem Kaffeepad und ist die wichtigste Innovation des Gerätes.

Statt die Reagenzien für den PCR-​Test wie gewohnt in einem Plastikröhrchen zu vermischen, wird bei der neuen Methode lediglich ein Tröpfchen der Patientenprobe in eine der Mulden auf der Aluminium-​Kartusche gegeben. Der Clou: Weil Metall Wärme viel besser leitet als Plastik, kann das Gerät die Reagenzien entsprechend schneller aufheizen und abkühlen.

Um das Erbgut des Krankheitserregers zu vervielfältigen, sind nämlich mehrere sich zyklisch wiederholende Reaktionsschritte nötig, die bei unterschiedlichen Temperaturen – von 55 bis 95 Grad Celsius – ablaufen. Im neuen Gerät dauert ein Zyklus gerade mal knapp 20 Sekunden statt wie gewöhnlich zweieinhalb Minuten. Die Gesamtdauer für einen PCR-​Test mit 45 Zyklen reduziert sich damit von über zwei Stunden auf knapp 20 Minuten – ähnlich einem Antigen-​Test.

Ausserdem ist es mit dem neuen Gerät nicht nötig, verschiedene PCR-​Reagenzien aufwendig dazu pipettieren. Die Reagenzien sind in den Mulden bereits vorhanden – in gefriergetrockneter Form. Dass sich Testkits für verschiedene Erreger so bis zu sechs Monate bei Raumtemperatur aufbewahren lassen, ist ein praktischer Nebeneffekt.

Pandemie gibt Projekt Schub

Bis dieser Ansatz zuverlässig funktioniert hat, mussten Gregorini und Bechtold jedoch einige Herausforderungen überwinden. Lange getüftelt hat Bechtold an einem Verfahren, das die Reagenzien so trocknet, sodass sie sich später wieder gut mit der Probe vermischen lassen. »Das war eine besonders komplizierte Aufgabe«, so der 26-​jährige Luxemburger. Denn: Gleichzeitig müssen die Reagenzien gut in den Mulden haften, damit die Testkartuschen den Transport überstehen.

Der Wendepunkt kommt im Frühling 2020: die Corona-​Pandemie. »Plötzlich wird aus dem Forschungsprojekt ein unglaublich gefragtes Medizinprodukt«, so Gregorini. Noch bevor das Virus in der Schweiz richtig ankommt, beginnen die Ingenieure, eine Kartusche für den Nachweis von SARS-​Cov-2 zu entwickeln – ihren ersten diagnostischen Test überhaupt.

Dann geht es Schlag auf Schlag. Den ersten Förderbeitrag erhalten die beiden Forscher vom Progamm »Bridge« des Schweizerischen Nationalfonds, schnell kommen weitere Corona-​Gelder hinzu. Im September werden die beiden ins ETH-​Pioneer-Fellowship-Programm aufgenommen. Im Oktober 2020 gründen sie ihr Unternehmen.

Feldstudie in Sansibar liefert wichtige Inputs

Die Liste der Interessenten am PCR-​Gerät wird seitdem länger und länger. Täglich treffen neue Anfragen ein. Sogar ein großer Kreuzfahrtanbieter hat angeklopft. Solange das Gerät jedoch noch nicht als Medizinalprodukt zertifiziert ist, dürfen die Firmengründer nicht an Privatkunden verkaufen, sondern setzen auf Forschungskollaborationen. In gemeinsamen Projekten können sie die Praxistauglichkeit des Geräts verbessern.

Die bisher größte Zusammenarbeit ist das junge Unternehmen mit dem Schweizer Tropen-​ und Public Health-​Institut (Swiss TPH) eingegangen. In einer Feldstudie auf Sansibar stehen derzeit Geräte von Diaxxo im Einsatz, um Schulkinder flächendeckend auf die parasitische Wurmerkrankung Schistosomiasis zu testen.

Für die Partner des Tropeninstituts ist das neue PCR-​Gerät besonders interessant, weil sie damit die Tests direkt in den verschiedenen Schulen durchführen können, statt ein Laborzentrum aufzubauen und die Proben jedes Mal dorthin zu transportieren. Rund um die Uhr stehen Gregorini und Bechtold nun zur Verfügung, um die Forschenden beim Einsatz des Gerätes zu unterstützen. Von Softwareanpassungen über lokale Reparaturanleitungen war bereits viel Improvisation gefragt.

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(me)


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