Mit Signalverstärker Schnelltests verbessern

In den heißen Phasen der Coronapandemie waren sie nicht wegzudenken. Doch Schnelltests spielen auch unabhängig von COVID-19 eine immer größere Rolle. Mit dem Prinzip des Lateral Flow Immunoassay (LFIA) wird nach speziellen Biomarkern gesucht, die Hinweise auf bestimmte Erreger oder Gesundheitszustände geben. Nun hat eine Forschungsgruppe um Heini Ijäs, Maximilian J. Urban und Tim Liedl von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) derartige POCT entscheidend verbessern können. Denn die geringe Sensitivität begrenzt bisher ihre Anwendung in der Praxis. Mithilfe einer neuen Technologie der Signalverstärkung, die auf sogenannten DNA-Origami beruht, konnten die Forschenden von der Fakultät für Physik und dem Center for NanoScience (CeNS) der LMU die Empfindlichkeit der Assays nun deutlich erhöhen. Die Methode soll unter anderem die Tests auf den Herzinfarktmarker Kardiales Tropinin I (cTnI) und den Schlaganfallmarker Neurofilament-Leichtkette (Nfl) wesentlich sensitiver als bislang machen.

Einsatz der DNA-Origami-Technologie

Schnelltests werden aufgrund ihrer Einfachheit und Kosteneffizienz häufig für die patientennahe Point-of-Care-Diagnostik eingesetzt. Mit herkömmlichen Teststreifen lassen sich wichtige Biomarker aber oft nicht erkennen, wenn diese nur in Spuren im Blut, Speichel oder Urin vorhanden sind. Dadurch können lebensbedrohliche Erkrankungen wie Schlaganfälle oder Herzinfarkte im Frühstadium unerkannt bleiben. Dabei ist gerade in diesen Fällen ein schnelles medizinisches Eingreifen für eine gute Heilungsprognose entscheidend. Das neu entwickelte System zur Signalverstärkung basiert auf der DNA-Origami-Technologie. Hierbei wird DNA ähnlich der japanischen Kunst des Papierfaltens in nanoskopische Strukturen gefaltet. Für diese Studie entwarfen die Forschenden einen molekularen Verstärker, der Nachweisantikörper mit einer genau abstimmbaren Anzahl von signalgebenden Markierungen verbindet. Die Ergebnisse zeigen eine Steigerung der Empfindlichkeit um das bis zu 125-Fache.

Einstellung des Amplifikationsfaktors

„Unsere Technologie ermöglicht es, den Amplifikationsfaktor und damit den Grad der Vervielfältigung genau einzustellen, wodurch Schnelltests für klinische Anwendungen zuverlässiger und effektiver werden“, sagt Hauptautorin Dr. Heini Ijäs. „Diese Innovation hat das Potenzial, die Diagnostik für ein breites Spektrum von Krankheiten zu verändern.“ Die Methode lasse sich an verschiedenste Biomarker und Proben, einschließlich Drogen, anpassen und sei damit eine vielseitige Lösung zur Verbesserung bestehender Schnelltests. Das Forschungsteam ist überzeugt, dass dieser Durchbruch zu empfindlicheren, schnelleren und leichter zugänglichen Diagnoseverfahren sowohl für klinische als auch für Heimtests führen kann.

Entwicklung zur Marktreife

Die Kosten für den molekularen Verstärker sollen sich auf etwa einen Cent pro Test belaufen. „Wir wollen die Technologie für Ärzte im Alltag nutzbar machen und die Patientenversorgung verbessern. Mithilfe eines Stipendiums aus dem EXIST-Forschungstransfer-Programm des Bundes entwickeln wir die Technologie zur Produktreife. Eine hohe Nachfrage gibt es in kleineren Kliniken und Arztpraxen ohne schnellen Zugang zu Laboren und in Notaufnahmen, wo es auf Minuten ankommt“, sagt Dr. Maximilian Urban.

Literatur:
Ijäs H, Trommler J, Nguyen L, et al.: DNA origami signal amplification in lateral flow immunoassays. Nat Commun 16, 3216 (2025), DOI: doi.org/10.1038/s41467-025-57385-6.

Quelle: LMU