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Edmund Optics® fertigt optische Komponenten für Antikörpertests. Anfragen zu kompletten Systemen sollten direkt an Hersteller für Antikörpertests gerichtet werden.

Fallstudie:
Optiken für Antikörpertests

Es ist von großer Bedeutung schnelle und genaue Antikörpertests durchführen zu können, die bestimmen, ob bei einer Person eine Immunantwort auf eine ansteckende Krankheit wie z.B. COVID-19 (das neuartige Coronavirus) vorliegt.

Bestimmung der Immunantwort
auf COVID-19

Bei serologischen Blutuntersuchungen kann auf Antikörper getestet werden, die typisch für COVID-19 sind, die Krankheit, die durch das neuartige Coronavirus verursacht wird.

Antikörper sind Y-förmige Proteine, die von weißen Blutkörperchen produziert werden, um das Eindringen eines Virus zu verhindern. Der menschliche Körper produziert verschiedene Antikörpertypen, manche sind nur vorübergehend verfügbar, andere können sich eine Antwort auf eine Infektion merken und wieder angreifen, sollten die gleichen Erreger nochmals auftauchen.1

Immunglobulin M (lgM) ist der erste Antikörper, der vom Körper zur Bekämpfung eines Virus erzeugt wird, aber er verschwindet wieder, wenn die Infektion vorüber ist. Immunglobulin G (lgG) wird als zweites produziert, kann nach einer Infektion im Blut von Personen nachgewiesen werden und zeigt somit an, dass die Person eine Immunantwort auf eine Infektion hatte.2 Dies ist besonders wichtig für Infektionen bei denen die Person keine oder wenige Symptome gezeigt hat.3 Es ist nicht bekannt, ob das Vorhandensein von Antikörpern auf eine Immunität bei zukünftigen Infektionen hindeutet, dennoch sind Bluttests sehr wichtig, um das Ausmaß der Verbreitung von COVID-19 zu bestimmen und Daten zu liefern, die bei der Bekämpfung der Pandemie helfen können.  

Quick, Reliable, and Accurate COVID-19 Testing
Abbildung 1: Y-förmige Antikörper greifen einen Virus an.

Wie funktionieren Antikörpertests?

Zwei typische Blutdiagnostikmethoden für das neuartige Coronavirus sind die Enzym-Immunassay-Methode (ELISA) und ein indirekter Fluoreszenz-Antikörpertest (IFA).

Für die direkte ELISA-Methode wird Blut eines Patienten benötigt, welches dann typischerweise in ein Labor gesendet und dort zu Blutserum weiterverarbeitet wird.4 Eine Mikrotiterplatte wird mit einem immobilisierten, synthetischen Spike-Protein vorbereitet, das eine ähnliche Form wie das neuartige Coronavirus hat. Das Serum wird auf die Mikrotiterplatte gegeben und die lgM- und lgG-Antikörper binden sich an das Antigen. Ungebundene Antikörper werden abgespült. Es wird außerdem eine chemische Flüssigkeit hinzugefügt, die die Farbe wechselt, wenn sich Antikörper an das Ziel-Antigen gebunden haben. Die Farbänderung ist proportional zu der Menge an Antigen-spezifischen Antikörpern in der Probe. Die Farbintensität kann visuell oder spektrophotometrisch über einen Immunassay-Lesegerät bestimmt werden (Ablauf dargestellt in Abbildung 2 oben).

SpectralMD’s wound imaging system in use
Abbildung 2: Direkter ELISA-Prozess bei dem Farbänderungen das Vorhandensein von Antikörpern anzeigen.

Die zweite und vorteilhaftere serologische Diagnostikmethode ist der indirekte Fluoreszenz-Antikörpertest (IFA).

Die Schritte beim IFA-Test sind sehr ähnlich zu denen bei ELISA. Sowohl mit dem Virus infizierte als auch nicht infizierte Zellen werden in Vertiefungen auf Glasträgern aufgebracht. Wie auch bei der ELISA-Methode werden ungebundene Antikörper abgespült. Die Bindung primärer Antikörper an die Vertiefungen wird in der IFA-Methode über mit fluoreszierenden Farbstoffen versehene Anti-Immunglobuline gezeigt. Nachdem alle ungebundenen Konjugate abgespült sind, werden die Träger mit gepuffertem Glyzerin bedeckt und mit einem Fluoreszenzmikroskop betrachtet. Die Form und der Ort der Fluoreszenz wird untersucht, um spezifische von nicht-spezifischen Reaktionen zu unterscheiden (Abbildung 3). Dies ist bei den meisten anderen serologischen Tests nicht möglich und ein großer Vorteil der IFA-Methode.5

SpectralMD’s wound imaging system in use
Abbildung 3: Indirekter Immunfluoreszenz-Test auf Antikörper.

Viele Immunassay-Lesegerät für die ELISA- oder IFA-Methode basieren auf Fluoreszenz oder Farbänderungen bei Enzymreaktionen und folgen einem ähnlichen Schema wie die Fluoreszenzmikroskopie (Abbildung 4). Beispiele für Firmen, die Geräte für Immunfluoreszenz-Anwendungen anbieten, sind BioTek Instruments, Molecular Devices, Essen BioScience und Thermo Fisher Scientific.

The optical designs of fluorescence-based or color detection screening systems for ELISA and IFA methods resemble this setup of a simple fluorescence microscope.
Abbildung 4: Das optische Design von fluoreszenzbasierten oder auf Farbdetektion basierenden Prüfsystemen für die ELISA- und IFA-Methode ähnelt diesem Aufbau eines einfachen Fluoreszenzmikroskops.

Ein Anregungsfilter ermöglicht die Transmission von Wellenlängen einer Beleuchtungsquelle, die die Fluoreszenzprobe anregen würden. Diese Anregungswellenlängen werden von einem dichroitischen Filter reflektiert und durch eine Linse auf die Probe fokussiert. Die Fluoreszenzemission der Probe wird durch den dichroitischen Filter transmittiert und mithilfe von Linsen auf den Detektor des Systems fokussiert. Durch Messung der Menge an Fluoreszenz kann das Immunassay-Lesegerät das Vorhandensein von COVID-19 Antikörpern bestimmen, die dann belegen, ob der Patient das Virus hatte oder nicht.  

Edmund Optics bietet optische Komponenten für die COVID-19-Diagnostik an. Die Geräte für diese Diagnostik sowie unzählige andere Technologien, die durch Optik möglich gemacht werden, helfen bei der Erschaffung einer sichereren und gesünderen Zukunft.

Referenzen

1Healthwise. (8. Dezember 2019) Immunoglobulins. Aus University of Michigan, Michigan Medicine: https://www.uofmhealth.org/health-library/hw41342

2. FDA. (13. Mai 2020) FAQs on Testing for SARS-CoV-2. Aus FDA Medical Devices: https://www.fda.gov/medical-devices/emergency-situations-medical-devices/faqs-testing-sars-cov-2#serology

3. CDC. (5. Mai 2020) Serology Testing for COVID-19. Aus Centers for Disease Control and Prevention: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/serology-testing.html

4. Udugama, K. K. (2020) Diagnosing COVID-19: The Disease and Tools for Detection. ACS Nano, 14. Aus https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02624

5. Charles River Laboratories International. (2016), Serologic Methods Manual. Aus Charles River Laboratories International: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/SerologicMethodsManual.pdf

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