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Medizin

Gesichtsmaske erkennt SARS-CoV-2 in der Atemluft

Dienstag, 29. Juni 2021

/Peter, stock.adobe.com

Cambridge/Massachusetts – US-Forscher haben eine Gesichtsmaske entwickelt, die in etwa 90 Minuten erkennt, ob der Träger mit SARS-CoV-2 infiziert ist. Die in Nature Biotechnology (2021; DOI: 10.1038/s41587-021-00950-3) vorgestellte Technik könnte auch zum Nachweis anderer Erreger oder von Toxinen genutzt werden.

Die Gesichtsmaske, die Peter Nguyen und Luis Soenksen vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Cambridge/Massachusetts entworfen haben, unterscheidet sich äußerlich nur durch einen roten Knopf von einer herkömmlichen FFP2-Maske. Wird der Knopf gedrückt, öffnet sich auf der Innen­seite ein Wasserreservoir, das eine 3-stufige chemische Reaktion startet.

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Zunächst diffundieren die Viren, die in einer Sammelkammer aus der Atemluft des Maskenträgers gefil­tert wurden, mit dem Wasser in eine 1. Reaktionskammer. Hier wird die Virushülle zerstört. Die aus dem Inneren des Virus freigesetzte RNA diffundiert in die 2. Kammer. Dort befindet sich ein Enzym, das Ko­pien von bestimmten Abschnitten der RNA herstellt.

Das Verfahren wird als isotherme RNA-Amplifikation bezeichnet, da anders als bei der PCR-Reaktion kein zyklischer Wechsel aus Erwärmung und Abkühlung notwendig ist (die bei einer Gesichtsmaske kaum zu realisieren wäre).

Die kopierten Genschnipsel gelangen mit dem Wasser in die 3. Kammer. Dort befindet sich ein CRISPR-Cas12-System, das die Forscher SHERLOCK nennen. Es wird durch die Schnipsel aktiviert und produziert dann einen Fluoreszenzfarbstoff. Dieser Fluoreszenzfarbstoff führt in einem „Lateral Flow Assay“ zu einer Farbreaktion, die anzeigt, ob sich im Vlies der Gesichtsmaske SARS-CoV-2 befinden.

Das Ergebnis der Reaktion liegt nach etwa 90 Minuten vor. Der Test ist damit langsamer als ein Antigen­test. Da er allerdings die Virusgene nachweist, ist er vermutlich zuverlässiger. Im Prinzip könnte er die gleiche Genauigkeit wie ein PCR-Abstrich erzielen. Die Anwendung wäre angenehmer und das Ergebnis würde schneller vorliegen.

Damit der Test anschlägt, musst die Sammelzone der Maske laut Nguyen und Soenksen etwa 1 Million bis 10 Millionen Viren aus der Atemluft gefiltert haben, was bei einem Infizierten rasch der Fall ist, da dieser etwa 1.000 bis 100.000 Viren pro Minute ausatmet.

Die Vorteile des Tests bestehen darin, dass er keine Stromquelle benötigt, nach dem Öffnen des Wasser­reservoirs von selbst abläuft und relativ schnell ein Ergebnis liefert. Die gesamte Testeinheit wiegt nur etwa 3 Gramm und würde deshalb den Tragekomfort der Maske nicht beeinträchtigen. Die Masken könn­ten trocken bei Raumtemperatur über Monate gelagert werden, sie wären deshalb überall einsatzbereit.

Der Test ist eine Weiterentwicklung eines papierbasierten Nachweistests für Ebola und Zikaviren. Er könnte neben Krankheitserregern auch Toxine, etwa Nervengifte, nachweisen. Dazu müssten lediglich die chemischen Reaktionen variiert werden.

Die Fluoreszenzreaktion könnte im Prinzip über einen Sensor gemessen und drahtlos an ein Mobiltele­fon übertragen werden, das dem Nutzer dann eine Warnung übermittelt. Die Forscher haben die Technik pa­ten­tieren lassen und suchen derzeit wohl nach einer Firma, die die Gesichtsmasken herstellt. © rme/aerzteblatt.de

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