Vom Virusnachweis bis zur Verlaufskontrolle

Wie die In-Vitro-Diagnostik die Pandemiebekämpfung unterstützt

„Testen, testen, testen – das ist eine der zentralen Devisen in Coronazeiten und ihre Umsetzung hilft zusammen mit anderen Maßnahmen, die Covid-19-Pandemie zumindest einigermaßen in den Griff zu bekommen.“ Mit diesen Worten eröffnete Dr. Frank Vitzthum das Online-Perspektivengespräch über die Bedeutung der In-Vitro-Diagnostik für den Nachweis, die Prognose und die Therapiekontrolle von Covid-19-Erkrankungen, zu dem das House of Pharma & Healthcare eingeladen hatte. Der Geschäftsführer der Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH und Leiter des Standortes in Marburg erinnerte anfangs daran, dass in der heutigen Medizin generell und indikationsübergreifend 70 Prozent aller Therapieentscheidungen aufgrund labordiagnostischer Befunde getroffen würden. Dementsprechend hoch sei die Nachfrage: Allein sein Unternehmen produziere jährlich mehr als elf Milliarden Labortests, rund zwölf Prozent davon in Marburg, wobei man sich dort auf Tests zum Nachweis von Plasmaproteinen und insbesondere von Parametern der Blutgerinnung fokussiere, neuerdings aber auch auf einen Teil der Produktion eines SARS-CoV2-PCR-Tests.

 

PCR-Assay erkennt auch Mutanten

Das Aufspüren der Erbinformation des Virus nach einem Abstrich im tiefen Nasen-Rachen-Raum mittels der Polymerasekettenreaktion (PCR) habe bei Personen mit Symptomen eine sehr hohe Trefferquote (Sensitivität), bei symptomlosen Personen sei diese allerdings „nicht mehr ganz so hoch“. Ein vollautomatisierter PCR-Assay weist die einzelsträngige Ribonukleinsäure (RNA) des Corona-Virus nach, indem er sie zunächst in die entsprechende Desoxyribonukleinsäure (DNA) übersetzt und diese dann in Dutzenden von Amplifikationszyklen vervielfältigt. Das Ergebnis wird über ein Fluoreszenzsignal gemessen, dessen Intensität mit der Menge der DNA korreliert.  Eine verbindliche Richtlinie zur Zahl dieser PCR-Zyklen gebe es seines Wissens nach nicht, sagte Vitzthum. Ziemlich zuverlässig könne ein PCR-Assay auch Mutanten erkennen. Denn er vervielfältige in der Regel mindestens zwei verschiedene Regionen der viralen Erbinformation, so dass man selbst dann noch Signale sehen würde, wenn ein Bereich mutiert wäre. „Mutationen liegen aber in der Regel im Bereich des Spike-Proteins“, erklärte Vitzthum. „In diesem Bereich amplifizieren wir nicht, sondern nur in Bereichen, die konserviert sind und weniger mutationsanfällig sind.“ Äußerste Sorgfalt widmeten die Entwickler von PCR-Tests zudem der Auswahl der Primer-Nukleotide, die den zu amplifizierenden DNA-Abschnitt begrenzten. „Falsch positive Ergebnisse durch Amplifikation anderer Abschnitte sind dadurch praktisch ausgeschlossen.“

 

Schnelltests sind „relativ robuste Systeme“

Naturgemäß nicht so sensitiv wie PCR-Tests, aber kostengünstig und einfach zu interpretieren und damit für präventive Zwecke und die Ermöglichung sozialen Lebens sehr wichtig, seien Schnelltests auf antigen wirksame Virusproteine. Sie seien in der Regel auf das Nukleokapsid-Protein des Virus ausgerichtet, die an RNA gebunden ist, „was das Risiko reduziert, Mutanten nicht zu erkennen“. Wenn man den Analyt richtig wähle, sei ein solcher Schnelltest ein „relativ robustes Testsystem“, sagte Vitzthum und erläuterte dessen immunchromatographischen Mechanismus, bei dem die Probenflüssigkeit aufgrund von Kapillarkräften durch den Teststreifen gezogen wird und dabei drei verschiedene Antikörper-Regionen passiert. Die erste ist die Reagenzzone. Sie enthält winzige Goldkügelchen, auf denen monoklonale Maus-Antikörper (MABs) gegen das Virusprotein sitzen. Die zweite markiert die Testlinie, in der andere immobilisierte Maus-MABs sitzen. Sie halten eingewanderte MABs aus der Reagenzzone fest, wenn sie Virusprotein gebunden haben. Konsequenz: Die Testlinie wird von Goldkörperchen rötlich gefärbt. Die dritte AB-Region schließlich markiert die Kontrolllinie: In ihr sitzen Ziegen-ABs, die alle freien Maus-ABs abfangen, so dass sie, da auch bei einer Positivprobe nicht alle Goldkügelchen auf der Testlinie abgefangen werden, in jedem Fall rötlich leuchten muss, wenn der Test intakt ist.

 

Zelluläre Immunantwort ist schwer quantifizierbar

Besonders zur Unterstützung von epidemiologischen Analysen ist der Nachweis von Antikörpern gegen das SARS-CoV2-Virus von Bedeutung. Zwar hänge Immunität nicht allein vom Vorhandensein von Antikörpern, sondern auch vom Ausmaß der zellulären Immunantwort ab, erinnerte Vitzthum, jedoch sei es sehr komplex und zeitaufwändig, diese zu quantifizieren. Für den Nachweis von Antikörpern stehen dagegen einfache serologische Tests zur Verfügung, in denen Magnetpartikel, die mit der Rezeptorbindedomäne des viralen Spikeproteins bestückt sind, gewissermaßen als immunologische Angel dienen, deren Antikörper-Beute mittels Chemilumineszenz gemessen wird. Die Korrelation zwischen dem Nachweis von Antikörpern und dem Vorliegen von Immunität sei „definitiv nicht perfekt“, sagte Vitzthum. Studien zeigten jedoch einen Koeffizienten von 0,8. Das sei „recht in Ordnung“. Umgekehrt dürfe man annehmen, dass sich auch ohne nachweisbare Antikörper ein gewisser Impfschutz entwickelt habe, „weil eine zelluläre Antwort stattgefunden hat“.

 

Spezifität kann wichtiger als Sensitivität sein

Breiten Raum nahm die Diskussion über die Unterschiede zwischen den drei vorgestellten Tests ein. Der PCR-Test schlägt sehr früh an, ist sehr sensitiv und bleibt relativ lange erhöht, so lange, dass man sich sogar die Frage stellen könne, ob man nach einer gewissen Zeit überhaupt noch das infektiöse Virus oder nur noch sein isoliertes Erbgut nachweise. „Die Zeitspanne, in der der Titer hochgeht, liegt zwischen wenigen Tagen und drei Wochen.“ Der Antigen-Test schlägt dagegen etwas später und zudem wesentlich kürzer an, auch weil in unserem Körper nach einer Infektion „irgendwann Antikörper vorhanden sind, die das Antigen binden“. Das ist frühestens in der Mitte der ersten Woche mit Covid-19-Symptomen der Fall. Erst dann beginnen Antikörper-Tests allmählich positiv zu werden. Unterschiedlich ist auch die „Wahl der Architektur des Testsystems“, wie Frank Vitzthum erläuterte: „Beim Antigentest fokussieren wir uns auf die Sensitivität, beim Antikörpertest ist dagegen die Spezifität entscheidend.“ Denn während es beim Antigentest vor allem darauf ankommt, alle Infizierten zu entdecken und niemanden fälschlicherweise negativ zu testen, geht es beim Antikörpertest in erster Linie darum, möglichst korrekt alle Probanden zu identifizieren, die keine SARS-CoV2-Infektion hatten, um so falsch-positive Ergebnisse zu minimieren.

 

Vortestwahrscheinlichkeit im Blick behalten

Befragt, wie hoch die Quote falsch-negativer Antigen-Schnelltests sei und ob er es für sicher halte, auf Basis solcher Tests zum Beispiel Kinobesuche zu erlauben, unterstrich Vitzthum deren hohe Qualität, betonte aber: „Die Labordiagnostik bietet Werkzeuge an, was man damit macht, das überlasse ich den Experten.“ In diesem Zusammenhang kam auch das Problem der Vortestwahrscheinlichkeit bei Schnelltests zur Sprache, also der dabei möglicherweise nicht ausreichend vorgenommenen klinischen Einschätzung symptomloser Probanden und ihres sozialen Umfeldes. Es gebe Aussagen, dass Sensitivität und Spezifität dadurch deutlich sinken könnten, hieß es in einer Frage. „Das hat natürlich Auswirkungen, ob ich vorwiegend Menschen mit oder ohne Symptome teste“, sagt Vitzthum. „Die Tests waren ursprünglich dafür gedacht, erst bei einer gewissen Indikation durchgeführt zu werden. Das sollten wir uns vor Augen halten.“

 

D-Dimer als prognostischer Marker

Schwere Verläufe von Covid-19 sind von Gerinnungskomplikationen gekennzeichnet, die einen Großteil der Todesfälle verursachen. Diese Komplikationen gehen auf eine Thromboinflammation zurück. Zelluläre Signale des Immunsystems lösen eine überschießende Entzündungsreaktion aus. In diesem Zytokinsturm wird das Gerinnungssystem so stark aktiviert, dass überall im Körper Gerinnungsherde entstehen. Als spezifischen Entzündungsmarker für einen Zytokinsturm – „im Grunde eine Panikreaktion des Körpers“ – nannte Vitzthum den Botenstoff Interleukin-6. In diesem Sturm werden Gerinnungsfaktoren im Übermaß verbraucht, was schließlich dazu führt, dass die Betroffenen eine Blutungsneigung entwickeln. Die rechtzeitige Diagnostik des Gerinnungsstatus liefere deshalb hilfreiche Informationen zur therapeutischen Intervention, sagte Vitzthum. Als besonders bedeutsam habe sich die immunologische Bestimmung eines Abbauproduktes des Fibrins erwiesen, des D-Dimer. Hohe Konzentrationen dieses Proteins korrelierten sehr stark mit der Mortalität und seien deshalb ein wichtiger prognostischer Marker zur möglicherweise lebensrettenden Einleitung einer medikamentösen Antikoagulation. Erste Studien belegten zudem, so Vitzthum, dass D-Dimer auch bei Patienten, die an Longterm-Covid leiden, erhöht sei, so dass dessen Monitoring für die Covid-Nachsorge wichtig werden könnte. 

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