Covid-19: Schnelle Virenanalytik für Impfstoffproduktion

04.09.2020

Covid-19: Schnelle Virenanalytik für Impfstoffproduktion

Forschungsimpulse aus etit

Das Forschungsteam um Professor Thomas Burg vom Fachgebiet Integrierte Mikro-Nano-Systeme entwickelt Werkzeuge für die Prozesskontrolle in der Impfstoffherstellung. Die Verfahren sollen zukünftig helfen, den hohen Bedarf an Impfstoffen gegen das neue Coronavirus SARS-CoV-2 zu decken.

 Professor Thomas Burg, Leiter des Fachgebiets Integrierte Mikro-Nano-Systeme der TU Darmstadt. Foto: Katrin Binner
Professor Thomas Burg, Leiter des Fachgebiets Integrierte Mikro-Nano-Systeme der TU Darmstadt. Foto: Katrin Binner

Viele der Impfstoffe, die aktuell in klinischen Studien gegen Covid-19 getestet werden, beruhen auf inaktivierten Varianten des neuen Coronavirus oder anderer Viren, die Merkmale von SARS-CoV-2 auf ihrer Oberfläche tragen. Die Herstellung der Viren erfolgt biotechnisch in Zellkulturen. „Eine engmaschige Prozesskontrolle ist unbedingt notwendig, um eine gleichmäßige und optimale Produktivität zu gewährleisten“, betont Professor Thomas Burg, Leiter des Fachgebiets Integrierte Mikro-Nano-Systeme der TU Darmstadt. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die Bestimmung der Virenkonzentration. Der große Bedarf an Impfstoffen bei limitierter Produktionskapazität stelle die Industrie vor eine Herausforderung, ergänzt Burg: „Zurzeit gibt es keine hinreichend schnellen und kostengünstigen Verfahren für die Messung der Virenkonzentration in großem Maßstab.“ Die gängigen PCR-basierten Methoden dauern zu lange, da das Erbmaterial der Viren dafür erst mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt werden muss. Burg und seine Kollegen wollen die Krankheitserreger daher direkt messen: „Für diesen Zweck entwickeln wir Messtechniken, die schneller sind als die übliche Virenanalytik und sich zudem gut automatisieren lassen.“

Die Forscherinnen und Forscher verfolgen aktuell zwei Konzepte: Das eine Verfahren ist eine mikromechanische Methode, die auf einer Art Miniwaage basiert, das andere nutzt Laserlicht, das mit den Viren wechselwirkt. Die erforderlichen Probenmengen sind jeweils so klein, dass sie während des Biotech-Prozesses kontinuierlich entnommen werden können, ohne die laufende Produktion zu stören. Benötigt werden jeweils nur einige Nanoliter Probe – ein Nanoliter entspricht einem Millionstel Milliliter.

Das Team um Burg beschäftigt sich nicht nur mit dem eigentlichen Nachweis, sondern auch mit der Probenvorbereitung. Zu diesem Zweck wurden mikrofluidische Systeme entworfen, um in Zukunft auch sehr geringe Konzentrationen von Viruspartikeln effizient anreichern und auszählen zu können. Neben der vorgeschalteten Probenaufbereitung sorgt eine computerbasierte Auswertung für eine hohe Empfindlichkeit der Messung, wie Burg erläutert: „Mit speziellen Rechenverfahren gelingt es uns, in den relativ verrauschten Rohsignalen die Signatur von Nanopartikeln aufzuspüren. Das müsste auch für Viren sehr gut funktionieren.“

Ihre Messtechniken haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits in anderen Projekten erfolgreich eingesetzt, etwa um neuartige Materialien oder Bakterien zu untersuchen. Für die Virenmessung in der Impfstoffproduktion seien jetzt einige Anpassungen erforderlich, betont Burg, damit man die Krankheitserreger über einen weiten Konzentrationsbereich erfassen und von anderen Partikeln unterscheiden könne.

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