Nanofluidische Technologie

Die Nanofluidik wird definiert als die Untersuchung des Fliessverhaltens von Flüssigkeit in und um Strukturen, deren Grössenordnung weniger als 100 nm (1 nm = 10-9 m) in einer oder mehreren Richtungen beträgt. Flüssigkeiten, die in solchen Strukturen eingeschlossen sind, zeigen physikalische Verhaltensweisen, wie sie in grösseren Strukturen (z. B. im Mikrometerbereich und darüber) nicht beobachtet werden können.

Die Nanofluidik hat sich zu einem wichtigen Forschungsfeld entwickelt und findet bereits in mikrofluidischen Systemen Anwendung, etwa zur DNA-Manipulation, Proteintrennung, Probenvorkonzentration und zum Einzelmolekülnachweis. Die meisten der heutigen Forschungsprojekte im Bereich der Nanofluidik konzentrieren sich auf Bioengineering- und Biotechnologie-Anwendungen.1

Abionic ist es gelungen, durch die Kombination von Nanoengineering, biochemischen und medizinischen Wissenschaften eine beispiellose nanofluidische Plattform zu entwickeln. Auf der Grundlage von herkömmlichen Capture-ELISA-Verfahren stellt diese Plattform schnelle Testlösungen für den Point-of-Care zur Verfügung.

Abbildung 1. Integration eines Fluoreszenz-Immunassays (Querschnitt eines nanofluidischen Biosensors)
Figure 1

Homogene nanofluidische Immunassays machen sich die stärkeren biomolekularen Interaktionen im Innern des Nanokanals zunutze.

An fluoreszente Nachweisantikörper gebundene Analyten werden mit sehr hoher Effizienz auf der Nachweisfläche des Sensors erfasst.

Ein Waschverfahren ist nicht notwendig, da das Oberfläche-/Volumen-Verhältnis sehr hoch ist und nicht-spezifischer Hintergrund keine Bedeutung hat.

Abbildung 2 zeigt die dosisabhängige Zunahme des Fluoreszenzsignals bei kinetischen Ferritinmessungen auf Biosensoren.

In weniger als zwei Minuten erreichen die kinetischen Kurven bei allen Dosen im klinisch relevanten Bereich zur Diagnose von Eisenmangel das Massentransfer-Gleichgewicht.2

Abbildung 2. Signalaufnahme von Ferritin im Zeitverlauf des Assays für verschiedene Ferritinkonzentrationen im klinisch relevanten Bereich mit nanofluidischen Biosensoren

Im abioSCOPE® Gerät wird ein schneller Signalaufbau beobachtet, sobald die Probe auf die Kapsel mit den Sensoren aufgetragen wird. In Abbildung 2 ist im Zeitverlauf eine dosisabhängige Signalzunahme zu sehen.

Nach etwa 90 Sekunden wird ein Plateau erreicht, was die ultraschnelle Bindungsreaktion zwischen der Nachweisfläche und den gewünschten Analysen bereits bei sehr geringen Konzentrationen zeigt.

Figure 2

References 1) Durand, N.; Biomolecular Diffusion in Nanofluidics. EPFL, Lausanne, 2010.2) Putallaz L, Sprunger Y van den Bogaard P, “Nanofluidic technology enables decentralized and rapid diagnostic testing”, Poster presented at the 2nd Swiss POCT Symposium, 2018

Analytische Leistungsfähigkeit

Neuartiger nanofluidischer Allergie-Assay (IgE) gegenüber einer Referenzmethode: ein realer Vergleich

In einer zulassungsrelevanten Studie von Rothlisberger, S et al. wurde gezeigt, dass die von Allergiespezialisten getroffene diagnostische Entscheidung in 94,6 Prozent der Fälle bei serologischen IgE-Untersuchungen mit dem abioSCOPE® System identisch mit der laborbasierten Referenzmethode war. Die Studie liefert einen Nachweis für den klinischen Nutzen der Point-of-Care IgE-Lösungen von Abionic. Das System trägt somit zu einer erheblichen Verbesserung der Diagnoseverfahren bei Patienten mit allergischen Erkrankungen bei.3

Tabelle 1. Übereinstimmung bei positivem und negativem diagnostischem Befund durch ein Panel an Allergiespezialisten

Die Verwendung des abioSCOPE® Systems hatte im Vergleich zum Einschicken von Blutproben in ein klinisches Labor zur IgE-Bestimmung mit einer Referenzmethode lediglich unbedeutende Auswirkungen auf die Ergebnisse.

Die diagnostische Entscheidung stimmte in mehr als 94 Prozent der Fälle auffallend überein.

Table 1
Ausgezeichnete Korrelation zwischen den Testergebnissen des abioSCOPE® System und einer laborbasierten Referenzmethode

Diese Studie hatte zum Ziel, die Übereinstimmung zwischen den Messungen an Vollblutproben mit dem abioSCOPE® und entsprechenden Blutplasma-Messungen mit der laborbasierten Referenzmethode, dem ImmunoCAP Gesamt-IgE Test (ThermoFisher Scientific), zu belegen und die Präzision der abioSCOPE® Plattform zu beurteilen.4

Abbildung 3. Methodenvergleich: Gesamt-IgE mit abioSCOPE® (Vollblut) gegenüber ImmunoCAP (Plasma)
Figure 3

Neunundsechzig Vollblut- und entsprechende Plasmaproben wurden auf Gesamt-IgE mit dem abioSCOPE® System und einer laborbasierten Referenzmethode (ImmunoCAP, ThermoFisher Scientific, Uppsala, Schweden) getestet.

Der Datensatz wurde einer statistischen Analyse nach Deming unterzogen. Es wurde eine ausgezeichnete Korrelation zwischen beiden Methoden (Abbildung 3) festgestellt: Die Anpassungsgüte betrug R2=0,91, die Steigung der Regressionskurve betrug 0,93, und der Intercept im Bereich von 2 bis 1500 IU/ml Gesamt-IgE lag bei -0,49.

Das Pankreas-Stein-Protein (PSP) hat ein bedeutendes Potential als „frühzeitiger Marker“ zur Sepsiserkennung

Sepsis gehört zu den weltweit führenden Todesursachen. Es handelt sich um eine lebensbedrohliche Organfunktionsstörung, die durch eine unkontrollierte Reaktion auf eine Infektion ausgelöst werden kann.Das Pankreas-Stein-Protein (PSP) ist ein körpereigener Protein-Biomarker, der vom Pankreas als Reaktion auf eine sepsisassoziierte Organstörung produziert wird. Dieses Protein bietet ein vielversprechendes Potential zur frühzeitigen Erkennung von Sepsis. Durch Kombination einer sehr schnellen nanofluidischen Diagnoseplattform mit dem PSP-Biomarker ist es Abionic gelungen, einen einzigartigen Test für den frühestmöglichen Nachweis von Sepsis anzubieten. 4

Abbildung 4. PS-Werte steigen im Frühstadium einer sich entwickelnden Sepsis

Eine Sepsis ist ein medizinischer Notfall, der sofortiges Einschreiten erfordert. Jede Stunde zählt!

Die frühzeitige Erkennung von Sepsis und zeitnahe geeignete Massnahmen tragen zur Verbesserung der Überlebenschancen bei. Leider ist die frühe Diagnose von Sepsis noch immer eine grosse Herausforderung für die Medizin, da sich dieser Zustand durch vielerlei klinische Symptome äussert.

Im Frühstadium einer sich entwickelnden Sepsis kann bis zu 24 Stunden vor der Sepsis-Diagnose ein steigender PSP-Wert festgestellt werden.

Durch die Verfügbarkeit eines geeigneten PSP-Tests mit dem abioSCOPE® wird bei Identifizierung einer Sepsis die rechtzeitige Einleitung einer geeigneten Behandlung ermöglicht. Dies birgt das Potential, Millionen von Leben zu retten.

Figure 4

References 3) Roethlisberger S.; Novel Nanofluidic IgE Assay versus a Reference Method: A Real-World Comparison. Int Arch Allergy Immunol. 2019 Jun 12 4) Abionic internal evaluation study report (data on file)