Erster Schnelltest für Affenpocken entwickelt

Jul 20, 2023

Füllen Sie das untenstehende Formular aus und wir senden Ihnen per E-Mail eine PDF-Version von „Erster Schnelltest für Affenpocken entwickelt“

Füllen Sie das Formular unten aus, um den Zugriff auf ALLE Audioartikel freizuschalten.

Der erste Schnelltest für Mpoxen, besser bekannt als Affenpocken, wurde von einem Forscherteam unter der Leitung der Penn State University entwickelt. Der selektive molekulare Sensor kann das Virus innerhalb von Minuten erkennen, ohne den Einsatz hochwertiger instrumenteller Techniken wie der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Aktuelle Tests erfordern, dass Gesundheitsdienstleister Läsionen abtupfen und die Proben zur Untersuchung an Labore schicken, was mehrere Tage dauern kann.

Die Technik, über die kürzlich in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ berichtet wurde, nutzt Nanomaterial-Heterostrukturen – nulldimensionale kugelförmige Goldnanopartikel und zweidimensionale Hafniumdisulfid-Nanoplättchen – als Bausteine, um eine Plattformtechnologie zu schaffen, die zum Nachweis von Spurenmengen genetischen Materials in biologischen Stoffen geeignet ist Proben.

Abonnieren Sie den täglichen Newsletter von Technology Networks, der Ihnen täglich aktuelle wissenschaftliche Nachrichten direkt in Ihren Posteingang liefert.

„Dies ist ein großer Durchbruch im Hinblick darauf, wie wir mit dem Virus umgehen, da es sich um den ersten Schnelltest für Mpox handelt“, sagte Dipanjan Pan, Dorothy Foehr Huck & J. Lloyd Huck Chair Professor für Nanomedizin an der Penn State University, der die Studie leitete. „Während die aktuellen Fallzahlen relativ niedrig sind, könnten die Fälle mit zunehmender Erwärmung und zunehmender Aktivität der Menschen wie im letzten Sommer ansteigen.“

„Aber es ist auch wichtig zu beachten, dass diese neue Technologie uns helfen kann, uns auf die nächste Epidemie oder sogar Pandemie vorzubereiten“, sagte Pan, der auch Professor für Nukleartechnik sowie Materialwissenschaft und -technik ist. „Durch eine leichte Modifikation der Moleküle, die zum Targeting der genetischen Sequenzen verwendet werden, können wir mit der gleichen Methode auch andere Viren, Bakterien oder Pilze gezielt nachweisen.“

Der erste Menschenpockenfall wurde in der Demokratischen Republik Kongo in den 1970er Jahren festgestellt und galt als endemisch nur in Nigeria und einigen Teilen Zentral- und Westafrikas. Seit Mai 2022 hat sich das Virus in mehr als 100 Ländern ausgebreitet und weltweit über 86.900 Infektionen verursacht, wobei sich etwa ein Drittel der weltweiten Fälle auf die Vereinigten Staaten konzentrierten.

Das Mpox-Virus wird hauptsächlich durch engen Körperkontakt übertragen und verursacht eine Krankheit mit Symptomen, die Pocken ähneln, jedoch weniger schwerwiegend sind. Eine wachsende Zahl von Forschungsergebnissen der Centers for Disease Control and Prevention zeigt, dass Menschen das Mpox-Virus schon Tage vor dem Auftreten von Symptomen auf andere übertragen können, was die Früherkennung durch Tests zu einem entscheidenden Instrument zur Eindämmung der Ausbreitung macht.

Derzeit reichen Therapeutika und Zwei-Dosen-Impfstoffe noch nicht aus, um die Ansteckung zu stoppen, so dass eine schnelle Diagnose die einzige Möglichkeit zur Eindämmung der Krankheit sei, erklärte Pan. PCR ist der einzige verfügbare, von der FDA zugelassene Test für Mpox, trotz seiner Einschränkungen aufgrund der komplexen Probenentnahme, des Transports und des unzureichenden Zugangs zu modernen Instrumenteneinrichtungen. Ein Schnelltest, der nur eine kleine Probe eines Läsionsabstrichs und eine kurze Wartezeit auf Ergebnisse erfordert, könnte die Übertragungsrate des Virus drastisch verlangsamen, fügte er hinzu.

„Wir waren an der Entwicklung einer empfindlichen Nachweismethode für Krankheitserreger im Allgemeinen interessiert und wollten das Konzept auch auf einen neu auftretenden Krankheitserreger wie MPox anwenden, da für diesen Nukleinsäure-Schnelltest eine reale Dringlichkeit besteht“, sagte Pan. „Diese Technologie wird erhebliche Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit haben.“

Die Technologie nutzt „plasmonische“ Nanopartikel, winzige Metallpartikel mit einzigartigen optischen Eigenschaften aufgrund ihrer Größe und Form. In diesem Fall handelt es sich bei dem nanoskaligen Metallpartikel um Gold, das so klein verfeinert wird, dass es als nulldimensional gilt. Es ist mit Hafniumdisulfid beschichtet, einer anorganischen, zweidimensionalen Verbindung aus Hafnium und Schwefel, die nur wenige Atome dick ist.

„Es gibt viele plasmonische Tests für Krankheitserreger“, sagte Pan. „Aber dies ist das erste Mal, dass wir gezeigt haben, dass ein nulldimensionales plasmonisches Teilchen und zweidimensionale Nanoplättchen eine Heterostruktur bilden, die zu einer Verstärkung des Plasmons führt, was wiederum zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit führt.“

Das nulldimensionale Goldnanopartikel und das zweidimensionale Hafniumsulfid interagieren und bilden Heterostrukturen, die als hochpräzise Sensoren fungieren und deren optische Eigenschaften sich in Gegenwart externer Auslöser wie genetischem Material dramatisch ändern.

„Unsere Arbeit befasst sich mit Plasmonik, also der Manipulation des Lichtflusses mithilfe nanostrukturierter metallischer Materialien“, sagte Pan. „Durch den Einsatz neuartiger Materialien und Chemie versuchen wir zu verstehen, wie diese Plasmoneigenschaften manipuliert werden, um auf verschiedene biologische Signale zu reagieren.“

In diesem Fall stammte das Signal von Spurenmengen viraler DNA, insbesondere der konservierten Region des MPox-Virus-Genoms, die keinen Mutationen unterliegt. In der Vergangenheit seien Nanopartikel verwendet worden, um Veränderungen in biologischen Systemen zu beobachten, sagte Pan, aber dies sei das erste Mal, dass zwei nanoskalige Objekte in zwei verschiedenen Dimensionen eingesetzt würden, um einen neu entstehenden Krankheitserreger zu erkennen.

„Diese Technik erfordert keine teure Ausrüstung oder Fachpersonal und kann auf zukünftige Mutationen oder neu auftretende Krankheitserreger zugeschnitten werden“, sagte Pan.

Er erklärte, dass sein Labor das System derzeit gegen eine Reihe anderer Krankheitserreger teste, um seine breite Anwendbarkeit für den Virusnachweis zu bestätigen. Sobald der Test klinisch validiert ist, wird das Labor nach kommerziellen Partnern suchen, die mit ihnen zusammenarbeiten, um die Technologie auf den Markt zu bringen, fügte Pan hinzu.

„Wissenschaftler sind bestrebt, der Öffentlichkeit modernste, fortschrittliche Technologien zur Verfügung zu stellen, die es ihr ermöglichen, selbst Diagnosen zu stellen oder direkt vor Ort diagnostiziert zu werden“, sagte Pan. „Das haben wir getan.“

Referenz: Moitra P, Iftesum M, Skrodzki D, et al. Nukleotidgesteuerte molekulare Erkennung des Affenpockenvirus durch hierarchische Selbstorganisation von 2D-Hafniumdisulfid-Nanoplättchen und Gold-Nanosphären. Adv Funct Mater. 2023:2212569. doi: 10.1002/adfm.202212569

Dieser Artikel wurde aus den folgenden Materialien erneut veröffentlicht. Hinweis: Das Material wurde möglicherweise hinsichtlich Länge und Inhalt bearbeitet. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an die angegebene Quelle.