Maarten Merkx met een prototype antilichaam-biosensor (zie kader). Foto: TU Eindhoven.
De corona-testcapaciteit moet omhoog. De hoop is dat sneltesten een verschil gaan maken, en die komen steeds meer beschikbaar. Maar de ene test is de andere niet, en bovendien gaan snelheid, gevoeligheid en grote aantallen niet automatisch samen.
Elk nadeel heeft een voordeel: de coronacrisis levert een enorme stimulans voor virologische diagnostiek en testinnovaties. De Amerikaanse FDA heeft de voorbije maanden tientallen nieuwe prototype testen toegelaten.
Zo komen farmaceuten Abbott en Roche de komende maanden met een test op creditcardformaat die snel coronaviruseiwitten kan aantonen. Zo’n chromatografisch immunoassay oogt als een zwangerschapstest: paar druppels in het cirkeltje, wacht een kwartier terwijl het vocht door het teststrookje trekt en lees de kleurreactie af. Twee streepjes betekent een positief resultaat.
De Amerikaanse overheid heeft bij Abbott 150 miljoen tests besteld, à 5 euro per stuk, ongeveer de hele jaarproductie van 2020. Het bedrijf nam tweeduizend nieuwe medewerkers aan om in oktober het geplande maandquotum van vijftig miljoen tests te halen. Roche mikt voor de Europese markt op een capaciteit van tachtig miljoen stuks per maand tegen het eind van het jaar. Deelstaat Beieren heeft al tien miljoen sneltests besteld, en ook grote vliegmaatschappijen willen ze gaan aanbieden voorafgaand aan de vlucht.
Voorscreening
‘Zulk soort sneltesten werden in het ziekenhuis al langer gebruikt voor detectie van luchtweginfecties met influenza en rsv’, zegt Bert Niesters, hoofd van de afdeling klinische virologie in het Universitair Medisch Centrum Groningen. ‘Bij corona zou je hiermee een snelle voorscreening kunnen doen. Bijvoorbeeld bij de huisarts. Je pikt de positieve mensen met veel coronavirusdeeltjes er snel uit. Dat is handig, want de combinatie van klachten en veel virus maakt dat mensen ook eerder besmettelijk kunnen zijn. Maar tegelijkertijd is een negatieve testuitslag betekenisloos, omdat er gewoon te weinig virusdeeltjes in het monster kunnen zitten.’
Antigeentesten zijn vooral trefzeker bij mensen die recent klachten hebben ontwikkeld en veel virusdeeltjes bij zich dragen
De discussie over de rol van dit soort eenvoudige antigeentesten draait niet alleen om gebruiksgemak en kosten, maar ook om gevoeligheid, zegt Niesters. Antigeentesten zijn vooral trefzeker bij mensen die recent klachten hebben ontwikkeld en veel virusdeeltjes bij zich dragen. Aangezien de virushoeveelheid piekt en weer daalt, speelt timing een rol. ‘Als iemand een paar dagen moet wachten op een test, dan is er waarschijnlijk minder viruseiwit aanwezig en is de antigeentest weer negatief. Je moet dan alsnog een PCR doen om meer zekerheid te krijgen.’
ETMAAL
Labdiagnostiek met PCR blijft voorlopig de gouden standaard. PCR heeft als groot voordeel ten opzichte van virus-eiwitmetingen dat het erfelijk materiaal van het virus wordt vermenigvuldigd. Die signaalversterking betekent dat je met veel minder virusdeeltjes toch een meetresultaat kunt krijgen. Het kost alleen wat meer tijd: tussen afname in een teststraat en de uitslag zit minimaal een etmaal. Wattenstaafjes met keel- en neusslijm moeten in een buis met vloeistof naar een lab worden gebracht. Vervolgens wordt uit de vloeistof virus-rna geïsoleerd en vermenigvuldigd met kwantitatieve PCR.
Toch zijn er ook PCR-testen die binnen een uur resultaat kunnen geven, op een apparaat dat als een soort minilab alle analysestappen uitvoert. Bedrijven als Roche, Cepheid, Bosch en Qiagen leveren zulke machines ter grote van een flinke desktopcomputer. Deze point of care -apparatuur bestaat al langer voor detectie van luchtwegvirussen zoals influenza.
Voorbehandeling
‘De crux is dat je met zo’n machine geen enkele voorbehandeling van het testmateriaal hoeft te doen’, zegt Adri van der Zanden, medisch moleculair microbioloog bij het Laboratorium Microbiologie Twente Achterhoek (LabMicTA). ‘Alle stappen worden in één cartridge in één apparaat gedaan. Zulke apparaten geven goed resultaat, ze zijn maar iets minder gevoelig dan de PCR-tests die wij in het lab doen.’
Een van de sneltesten: de PCR-sneltest van Bosch voor gebruik op eerste hulp. Foto: Bosch.
LabMicTA testte deze zomer een nieuw apparaat van Bosch, dat de fabrikant al ontwikkelde vóór de corona-uitbraak. Het aantal handelingen op deze Vivalytic is beperkt: 300 microliter pipetteren, de testcassette in het apparaat steken en ongeveer drie kwartier wachten. Bij de eerste hulp van twee ziekenhuizen en een revalidatiecentrum in de regio kijken ze uit naar deze apparatuur. LabMicTA schoolt het medisch personeel in het gebruik, en zorgt voor voorraden en monitoring van de resultaten.
Logistiek
De keuze voor een Duitse leverancier is mede ingegeven door logistiek, zegt Van der Zanden. ‘We dachten: laten we een Europese fabrikant kiezen, dan zit je zekerder dan bij een Amerikaans bedrijf. Er zijn ook andere apparaten te koop, maar de testreagentia zijn nauwelijks leverbaar. Er is gewoon teveel vraag. Dat is ook logisch, als iedereen extra testen gaat inkopen. Dan krijg je de situatie die lijkt op de run op toiletrollen.’
Zo’n tafelmodel PCR-apparaat is nuttig, maar geen totaaloplossing, zegt Van der Zanden, want ze doen vaak maar één test tegelijk. Dat is zinvol als je wilt testen op de spoedeisende hulp. ‘Er zijn gewoon omstandigheden waar je direct wilt weten: is er corona in het spel? Maar als je honderden tot duizenden mensen per dag moet testen, dan lukt dat niet. Dan heb je tientallen apparaten nodig. En ze zijn niet goedkoop, want je praat al snel over 35.000 à 50.000 euro en ze zijn niet in zulke aantallen beschikbaar.’
AUTOMATISERING
Ook in het lab heeft automatisering zijn intrede gedaan. Cobas 6800 van Roche en de Alinity van Abbott zijn voorbeelden van grote, geautomatiseerde PCR-analyse-apparatuur, die al op veel plaatsen in gebruik waren voor bijvoorbeeld hiv-diagnostiek. Sinds het begin van de corona-uitbraak kan echter de productie van cartridges en reagentia de vraag niet bijbenen.
De antigeen-sneltest van Abbott. Foto: Abbott
‘Die apparaten kunnen 1.000 testen per dag aan, als je ze klokje-rond inzet. Wij gebruiken zulke systemen ook, maar voor zo’n 250 testen per dag. Als je verstandig bent, kies je niet voor één systeem, maar pak je van alles wat, van handmatig tot volledig geautomatiseerd. De logistiek van een lab vergelijk ik graag met een grote keuken: je moet vooruitplannen en flexibel zijn, voor als spullen niet worden geleverd.’
LabMicTA test inmiddels 2.300 corona-monsters per dag met de PCR-methode. Dat opschalen ging niet vanzelf, zegt Van der Zanden: ‘Zet maar eens rekken met tweeduizend buizen neer op een labtafel. Je moet ze stuk voor stuk registreren, openen, en opslaan in de koeling, voor een eventuele her-test. Je hebt extra flowkasten nodig voor de veiligheid en je moet alles kunnen traceren. Ik heb meer mensen aangenomen, extra apparatuur en pipetteerrobots gekocht en heel veel validaties gedaan. Het is geen kwestie van een buis aanpakken, in een apparaat stoppen, een knop indrukken en weglopen.’
De experimentele LAMP-test van TNO. FOTO: TNO
Van der Zanden irriteert zich mateloos aan het gemak waarmee wordt gesproken over uitbreiding van de testcapaciteit. ‘Sommige grote labs roepen in de krant: wij kunnen per direct 50.000 monsters per dag aan. Hoe dan? Dan komen er opeens 50.000 buizen met wattenstaafjes binnen, die moeten alleen al worden geopend, voordat je aan de analyse kunt beginnen. Het is niet zo eenvoudig. Van de ene op de andere dag 50.000 monsters wegdraaien is vrijwel onmogelijk.’
Innovatie gaat helpen, maar het kost ook tijd om in te voeren, zegt Van der Zande. ‘Er komt ongelooflijk veel op de markt, als je ziet wat de FDA heeft toegelaten. Er bellen regelmatig fabrikanten die zeggen: onze test is nóg sneller. Maar zo’n test moet je uitproberen en valideren, dat kost tijd en patiëntenmateriaal. En welke is dan de beste? Het RIVM helpt daar gelukkig bij, de afdeling virologie doet veel onderzoek aan nieuwe test-technologie.’ Halverwege september kondigde TNO een praktijkproef aan met een relatief nieuwe benadering die ook door de Britse overheid is omarmd: LAMP (Loop mediAted isotherMal amPlification). Anders dan PCR vermeerdert LAMP het virus-rna bij constante temperatuur en is er minder complexe apparatuur voor nodig. Het testen kan eventueel op locatie naast de teststraat worden gedaan.
‘Het is geen kwestie van een buis aanpakken, in een apparaat stoppen, een knop indrukken en weglopen’
Als de nieuwe technologie zich kan meten met de standaard PCR, dan kunnen de testkits in Nederland worden geproduceerd, want DSM gaat de benodigde enzymen leveren. ‘Dan ben je onafhankelijk van import’, zegt Niesters, die met het UMC Groningen deelneemt in het ontwikkelproject. ‘Veel bedrijven die diagnostische tests ontwikkelen zitten in de Verenigde Staten, waar de Amerikaanse overheid gewoon voorrang eist. De testen die Cepheid maakt, blijven grotendeels daar. Abbott maakt straks een miljoen sneltesten per dag – en die zijn al verkocht.’
Zelfs als het TNO-project succesvol verloopt, is er volgens Niesters geduld nodig. ‘Je kunt niet direct twintigduizend LAMP-testen per dag leveren. Ontwikkelen, valideren en grootschalig produceren kost tijd. Op zijn vroegst kun je dat pas in 2021 verwachten.’
Kader:
Met dank van de diepzeegarnaal
Naast PCR- en antigen-testen, zijn er ook volop ontwikkelingen op het vlak van antilichaam-metingen die kunnen vertellen of iemand recent een infectie heeft doorgemaakt. Dat kan in het lab met een ELISA, maar volgens Maarten Merkx, hoogleraar protein engineering aan de TU Eindhoven is een eenvoudiger sneltest gewenst. ‘Nog handiger is een teststrip of apparaatje waar je een druppel bloed op aanbrengt en verder niets meer hoeft te doen. Net zoals we tegenwoordig bloedsuiker meten.’
Maarten Merkx met een prototype antilichaam-biosensor. Foto: TU Eindhoven.
Merkx ontwikkelt de moleculaire bouwstenen voor zo’n test op basis van licht-producerende eiwitten uit een diepzeegarnaal (luciferase) en kwallen (GFP). Met die combinatie bouwt zijn lab sensor-eiwitten die van kleur veranderen als ze een antilichaam tegenkomen. ‘Zodra het sensor-eiwit een specifiek antilichaam bindt, verandert het van structuur en daarmee verandert de kleur van het licht van groen naar blauw. Het is eigenlijk een soort moleculair stoplicht dat altijd licht uitzendt, maar wel van kleur kan veranderen.’
Normaalgesproken zitten het luciferase en GFP in de sensor vlak naast elkaar, en draagt het luciferase zijn energie direct over, waardoor GFP groen licht uitzendt. Maar zodra een antilichaam bindt, worden luciferase en GFP uit elkaar getrokken, en gaat luciferase blauw licht uitzenden. De kleurverschuiving vertelt zelfs iets over de hoeveelheid antilichaam in een monster. ‘Die manier van meten is heel breed toepasbaar, want je kunt voor elk antilichaam een ander sensor-eiwit maken.’
Prototypes waarbij het sensor-eiwit en luciferase-substraat gedroogd op een papierstrookje of katoenen draad is aangebracht, hebben laten zien dat het principe werkt. Het is ook mogelijk andere eiwitten, zoals virusantigenen, op deze manier te detecteren. Sinds de uitbraak van corona heeft de groep van Merkx sensor-eiwitten ontwikkeld die corona-antilichamen en -antigenen detecteren. Een startup (LumAbs) die hij met collega’s binnenkort gaat oprichten moet vervolgstappen richting commercialisatie gaan zetten. ‘Onze langetermijnvisie is dat we eenvoudig lage concentraties virusantigenen kunnen detecteren. Daar ligt voor ons de grootste wetenschappelijke uitdaging.’