Freitag, 27. Mai 2022

Testkapazitäten steigern
Warten auf den PCR-Turbo

In den Laboren werden die Kapazitäten für PCR-Tests knapp. Dabei gibt es Maschinen, die vor Ort schnelle PCR-Tests durchführen können. Der Nachteil: Sie sind teuer. Forscher vom Mainzer-Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme wollen das ändern. Das kann aber noch dauern.

Von Piotr Heller | 21.01.2022

Passanten laufen an einem Corona-Testzentrum vorbei, das mit einem PCR-Express-Test wirbt
Ein PCR-Express-Ergebnis innerhalb von einer Stunde ist nicht schlecht - bei den modernsten Test-Maschinen liegt das Resultat schon nach knapp 30 Minuten vor. (dpa/Julian Stratenschulte)
Wenn man sich einem PCR-Test unterzieht, dann passiert nach dem Abstrich folgendes: Die Probe wird in eines der gut 200 Labore in Deutschland gefahren. Dort wird die Hülle des Virus aufgelöst, sein Erbgut wird gereinigt, in DNA umgewandelt, mittels PCR vervielfältigt, mit Farbstoff markiert und endlich nachgewiesen. All das erfordert Handgriffe. Es dauert.
Dabei gibt es heute schon kleine Maschinen, die all das automatisch erledigen und vor Ort innerhalb von Minuten ein Ergebnis liefern. Sie sind so schnell und einfach wie Schnelltests und gleichzeitig so präzise wie die PCR. Könnte man sie nicht einfach in den Testzentren aufstellen und damit die ungenauen Schnelltests ersetzen?

Peter Luppa vom Institut für Klinische Chemie und Pathobiochemie des Klinikums der TU München: „Das ist wie mit Kanonen auf Spatzen schießen! Das würde auch viel zu teuer werden, das würde das Gesundheitssystem nicht vertragen. Diese Verfahren sind schon enorm teuer, weil sie für einen ganz anderen Zweck gebaut wurden.“

Schnell-PCR-Maschinen nicht auf hohen Durchsatz hin konzipiert

Die ursprüngliche Idee hinter den Schnell-PCR-Maschinen war, in der Klinik abzuklären, was einem Patienten fehlt. Etwa bei einem Verdacht auf Hirnhautentzündung, wo jede Minute zählt. Als in den letzten Jahren die ersten PCR-Schnelltest-Maschinen entwickelt wurden, lag das Augenmerk beim Design daher auf Schnelligkeit und Einfachheit – nicht auf Durchsatz.
Die Produzenten haben die Geräte jetzt zwar so angepasst, dass sie Sars-CoV-2 erkennen, an der grundlegenden Funktionsweise hat sich aber nichts geändert: Man hat eine Kartusche, auf der alle nötigen Chemikalien für die Analyse vorgelagert sind. Manche Geräte funktionieren auch mit Alternativen zum PCR-Verfahren.
In jedem Fall kommt die Probe vom Patienten auf die Kartusche, die steckt man ins Gerät, das 15 bis 60 Minuten später ein Ergebnis ausspuckt. „Wenn das Gerät mit einem beschäftigt ist, kann kein zweiter dazu geschaltet werden.“


Eine Person in Schutzkleidung steht mit einer Probe in der Hand vor einer "Vivalytic"-Analysemaschinen von Bosch
Mit kleinen, kompakten Analysemaschinen lassen sich zum Beispiel in Altenheimen schnelle PCR-Tests durchführen (Bosch)

Testkartuschen sind teuer und nur begrenzt verfügbar

Für Massentestungen bräuchte man also viele Geräte – doch die kosten mehrere Tausend Euro. Und auch die Kartuschen sind nicht billig. „Die Herstellung von solchen Kartuschen, wo Mehrschritt-Reaktionen ablaufen, ist sehr komplex und kostet wahnsinnig Geld.“

Eine Kartusche für einen Test kostet um die 35 Euro. Die Folge: Apotheken dürfen beispielsweise PCR-Schnelltest durchführen; verzichten aber wegen der Materialkosten. Die Systeme kommen abseits der Kliniken vor allem an Flughäfen vor, wo es schnell gehen muss und ein Test schon mal über 200 Euro kosten darf.
Peter Luppa nutzt die Systeme bei seiner Arbeit am Klinikum der TU München und kennt ein zweites Problem: „Wir kriegen die Kartuschen mehr oder weniger abgezählt von der Firma. Die haben auch Lieferprobleme und Engpässe, weil so viele Kartuschen verlangt werden.“
Damit die PCR-Schnelltests eine größere Rolle bei der Pandemiebekämpfung spielen können, müsste man sie also günstiger und in größerer Zahl herstellen. Die Firma Bosch, die ein solches System im Angebot hat, gibt an, die Produktionskapazitäten für Kartuschen seit 2020 verfünffacht zu haben. Man könne sie nun im einstelligen Millionenbereich pro Jahr herstellen.

PCR-Schnelltests für Grenzübergänge und Bildungseinrichtungen

Insgesamt dürfte es in Deutschland Kapazitäten für die Produktion von sieben Millionen Schnelltest-Kartuschen jährlich geben, schätzt das Bundeswirtschaftsministerium. Das soll sich ändern: Die Regierung möchte neue Produktionsanlagen fördern. Ziel: 150 Millionen Kartuschen pro Jahr, um damit explizit an Grenzen oder in Bildungseinrichtungen zu testen. Die Technologie soll also raus aus den Kliniken. Auch die Forschung befasst sich mit dem Thema.
Christian Freese vom Mainzer Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme: „Die Frage ist: Was für ein Potenzial steckt noch in den Systemen? Können wir daran arbeiten, die Kartuschen genauso gut zu machen, aber günstiger zu produzieren?“
Christian Freese hat sich zum Ziel gesetzt: „Diese Tests zu genau so einem Preis anzubieten wie einen Antigen-Schnelltest.“ Eine Wahnsinnsaufgabe, wenn man bedenkt, dass sie heute das 30-fache kosten. Aber er hat mit seinen Kollegen folgende Sparmöglichkeit entdeckt: Noch stellen die Hersteller der PCR-Geräte auch die Kartuschen her.
Passanten gehen vor einem Corona-Testzentrum entlang.
Für Flugreisen ist ein PCR-Test meist obligatorisch (dpa/Sebastian Kahnert)

Offener Kartuschen-Standard könnte Kosten senken

„Um die Preise da stark zu senken, ist es unserer Meinung nach wichtig, das System offen zu gestalten. Das heißt, Kartuschen anzubieten, die günstig von vielen Herstellern produziert werden können.“
Das würde auch die Lieferketten ausweiten und vielleicht das Angebot erhöhen. Die Fraunhofer-Forscher suchen derzeit nach Partnern für diese Aufgabe. Ein einfaches Testgerät haben sie schon entwickelt. „Es handelt sich da um ein Gerät mit preisgünstigen Komponenten, das zudem eine einfache mikrofluidische Kartusche betreibt.“
Ein Beispiel: Die mit Farbstoff versehene und vervielfältige Viren-DNA erkennt es mit einer simplen Webcam. Bald soll es in einer Klinik getestet werden. Aber auch Christian Freese sagt: In dieser Pandemie wird das Projekt mit dem Namen Open POCT wohl nicht mehr fertig. Doch da sich die PCR-Technologie einfach auf andere Erreger anpassen lässt, könnte es der Grundstein für ein Netz aus einfachen, schnellen Diagnosemaschinen sein, die in Zukunft die verschiedensten Krankheiten erkennen.