Nanogold erkennt Krankheiten in 15 Minuten: NasRED liest Hunderte von Molekülen in einem Blutstropfen

ACS Nano beschrieb einen tragbaren Diagnosetest namens NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): Er nutzt Goldnanopartikel und elektrooptische Messwerte, um Antigene und Antikörper gegen Infektionen in extrem niedrigen Konzentrationen – bis hinunter in den subfemtomolaren/attomolaren Bereich – zu erkennen. Der Test auf COVID-19 zeigte eine genaue Unterscheidung von anderen Infektionen, die Reaktionszeit betrug etwa 15 Minuten, und der Test kostete etwa 2 US-Dollar. Laut den Autoren ist die Sensitivität etwa 3000-mal höher als bei ELISA, es wird 16-mal weniger Probe benötigt und das Ergebnis liegt 30-mal schneller vor.

Hintergrund

• Warum PoC-Diagnostik und wie lässt sich ihr Erfolg messen? In der Praxis werden Point-of-Care -Tests (vor Ort, schnell, günstig) benötigt, die die Kriterien ASSURED/REASSURED erfüllen: Erschwinglich, Sensitiv, Spezifisch, Benutzerfreundlich, Schnell/Robust, Gerätefrei/Simple, Lieferung plus Echtzeit-Konnektivität und einfache Probenentnahme. Die meisten „Heimtests“ decken noch nicht alle Punkte ab, insbesondere nicht die „S“-Sensitivität. Daher der Wettlauf um Methoden, die ohne Labor eine Sensitivität wie im Labor erreichen.
• Wo die Klassiker stecken bleiben.
  • LAT-Streifen (Antigentests) sind schnell und günstig, aber die Sensitivität gegenüber PCR ist mäßig und hängt stark von der Viruslast/dem Zeitpunkt der Erkrankung ab; selbst die besten Kits erreichen oft nicht die Sensitivität eines „Labortests“.
  • ELISA ist präzise, erfordert aber Reagenzien, Wasch-/Lesegeräte und Inkubationen – das dauert Stunden und erfordert ein Labor. Bestehende „erweiterte“ Versionen senken zwar die Grenzwerte, allerdings auf Kosten der Protokollkomplexität. Für das Screening im Feld stellen diese Hürden dar.
• Warum Goldnanopartikel? AuNPs sind das Herzstück von Biosensoren: Sie weisen eine ausgeprägte plasmonische Reaktion auf (Absorptions-/Streuungsänderungen bei Aggregation oder Umgebungsänderungen), eine geeignete Oberflächenchemie für die Protein-/Aptamer-Konjugation und eine hohe Stabilität. Dies ermöglicht die Entwicklung von Tests, bei denen die Verbindung „analysiertes Molekül ↔ Nanopartikel“ ohne komplexe Optik in ein optisch-elektronisches Signal umgewandelt wird.
• Elektro-/optoelektronische Anzeige als Fortschritt. Der Schlüssel zum PoC liegt in der Vereinfachung der Detektion: Anstelle großer Spektralphotometer werden LEDs und einfache Photosensoren/Elektronik verwendet, um die Veränderung der Transparenz/Streuung oder das „Absetzen“ funktionalisierter Nanopartikel nach der Bindung an das Zielmolekül zu messen. Solche Systeme bieten einen großen Dynamikbereich und schnelle Reaktionszeiten bei gleichzeitig niedrigen Nachweisgrenzen. Hier kommt NasRED ins Spiel.
• Warum ist es wichtig, sowohl Antigene als auch Antikörper erkennen zu können? Bei Infektionen in verschiedenen Stadien sind einige Ziele aussagekräftiger als andere: Antigene für eine frühe aktive Infektion, Antikörper für eine vergangene/aktuelle Infektion mit Serokonversion oder die Beurteilung der Immunantwort. Plattformen, die modular von Antigenen zu Antikörpern (und zurück) „requalifizieren“, lassen sich schneller für neue Krankheitserreger/Aufgaben skalieren.
• Der Kontext dieses Artikels. In einer Demonstration zu SARS-CoV-2 demonstrierte NasRED die Erkennung subfemtomolarer Antigen-/Antikörperkonzentrationen in ca. 15 Minuten aus einem Mikrovolumen (ca. 6 µl) und die präzise Unterscheidung von COVID-19 und anderen Infektionen. Die Plattform soll an Toxine, Tumormarker usw. anpassbar sein. Dies schließt die Lücke zwischen dem „Streifen“ und dem Labor hinsichtlich Sensitivität und Geschwindigkeit. Die Folge ist die Möglichkeit einer Früherkennung bei geringer Prävalenz und in ressourcenschwachen Umgebungen.
• Überempfindlichkeit birgt jedoch auch Risiken. Je niedriger der Schwellenwert, desto höher sind die Anforderungen an Reinheit, Kontrolle von Kreuzreaktionen und Management falsch-positiver Ergebnisse. Daher erfordert jedes neue „Ziel“ auf der Plattform separate klinische Validierungen und Belastungstests auf Matrixeffekte (Blut, Speichel, Nasopharynx) und die Stabilität der Verbrauchsmaterialien in realen Lieferketten.
• Warum dies eine logische Richtung für die Entwicklung von Tests ist. Das Feld hat bereits gelernt, pikomolare Barrieren zu „durchbrechen“ (digitaler ELISA, erweiterte LF-Formate), allerdings häufiger auf Kosten teurer Geräte/komplexer Protokolle. AuNP-Plattformen mit einfacher elektronischer Ablesung zielen darauf ab, hohe Empfindlichkeit mit günstiger Hardware zu kombinieren – genau das, was die ASSURED/REASSURED-Kriterien erfordern.

Wie funktioniert das

• Goldnanopartikel sind mit Erkennungsmolekülen beschichtet. Zur Suche nach einem viralen Protein werden Antikörper eingesetzt, zum Aufspüren der Antikörper des Patienten virale Antigene.
• Diese Partikel werden einer winzigen Probe (einem Tropfen Blut/Speichel/Nasenflüssigkeit) hinzugefügt. Enthält die Probe ein Zielmolekül, haften die meisten Nanopartikel zusammen und setzen sich am Boden des Röhrchens ab. Ist kein Zielmolekül vorhanden, bleibt die Suspension trüb.
• Das Gerät leitet einen LED-Strahl durch die Flüssigkeitsoberfläche und ein elektronischer Sensor misst die durchgelassene Lichtmenge: mehr Licht = Partikel sind „heruntergefallen“, d. h. es gibt ein Ziel. Und das alles ohne sperrige Optik und komplizierte Probenvorbereitung.

Was genau wurde in der neuen Arbeit gezeigt

• COVID-19: NasRED erkannte SARS-CoV-2-Antigene und -Antikörper zuverlässig in Konzentrationen, bei denen Standardmethoden versagen, und unterschied COVID-19 von anderen Infektionen. Bei Nasstests mit ganzen Coronavirus-Partikeln war die Sensitivität vergleichbar mit Abbott ID NOW (einem gängigen molekularen Test), jedoch mit einem Vorteil in Bezug auf Geschwindigkeit und Einfachheit.
• Nachweisgrenze: Das Team hat die Empfindlichkeit bis in den attomolaren Bereich gesteigert (Beispiel aus der Pressemitteilung: „Ein Tropfen Tinte in 20 olympischen Schwimmbecken“). Der Titel des Artikels betont den subfemtomolaren Bereich.
• Modularität: Dieselben „leeren“ Nanoplattformen können schnell für andere Ziele umprogrammiert werden, von E. coli (Shiga-Toxin) bis hin zu Tumormarkern und Alzheimer-Proteinen; ein Prototyp dieser Technologie konnte sich bereits mit winzigen Blutmengen mit Ebola infizieren.

Warum ist das wichtig?

• Labortests – ganz ohne Labor. Schnelle, präzise und kostengünstige Point-of-Care-Tests (PoC) sind ein dringender Bedarf im Gesundheitswesen. NasRED schließt die Lücke zwischen Schnellteststreifen und aufwendigem Labor: ca. 2 US-Dollar pro Test, ca. 15 Minuten, minimale Ausrüstung und Schulung. Dies ist besonders wichtig für den Feldeinsatz und ressourcenarme Regionen.
• Früherkennung bei geringer Prävalenz. Bei wenigen Fällen (frühe Ausbrüche, HIV/HCV-Risikogruppen, Borreliose) ist die Einrichtung von Laborketten nicht rentabel, und die Patienten werden schlichtweg nicht getestet. Der hochsensitive PoC-Test ermöglicht die Suche nach der Nadel im Heuhaufen – und zwar direkt vor Ort.

Inwieweit ist dies „besser als der Standard“?

Die Autoren stellen Vergleiche an: ≈3000-mal sensitiver als ELISA, 16-mal kleineres Probenvolumen, 30-mal schnellere Reaktionszeit; in absoluten Konzentrationen, Hunderte von Molekülen in Submikrolitern, „fast 100.000-mal sensitiver als Standard-Labortests“ (Schätzung aus der institutionellen Veröffentlichung). Diese Zahlen beziehen sich auf Benchmarks unter Studienbedingungen und erfordern eine externe Validierung.

Was bereits über die „Pain Points“ klar ist

• Zurzeit sind für die Probenvorbereitung Tisch-Minizentrifugen/-mischer erforderlich. Das Team arbeitet an der Miniaturisierung und Automatisierung mit dem Ziel, ein vollständig taschengroßes Format und möglicherweise einen Heimtest zu ermöglichen.
• Die angegebene Universalität (Module für verschiedene Krankheiten) ist auf dem Papier hervorragend, für die Klinik sind jedoch separate klinische Studien für jedes analytische Ziel (HIV, HCV, Borreliose usw.) mit Tests auf Kreuzreaktionen, Reagenzienstabilität und Lieferkettenqualität erforderlich.

Wo kann das hinführen?

In absehbarer Zukunft sieht NasRED wie eine Plattform aus: ein Gerät + austauschbare Sensoraufsätze für den gewünschten Marker. Sollte sich die Modularität bestätigen, könnte dieser Ansatz die Bereitstellung von Tests für neue Ausbrüche beschleunigen und die PoC-Diagnostik in Kliniken, Notaufnahmen, mobilen Zentren und sogar in mobilen Teams für schwer erreichbare Gruppen erweitern.

Quelle: Choi Y. et al. Nanopartikelgestützte, schnelle und elektronische Erkennung von SARS-CoV-2-Antikörpern und -Antigenen auf subfemtomolarer Ebene. ACS Nano, veröffentlicht am 11. August 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083