Corona-Tests im Test
XTRA-ARTIKEL AUSGABE 2/2020
Kein Jahr hat die In-vitro-Diagnostik so gefordert wie 2020. Wie Labore, Testhersteller, Kliniker und Forscher gemeinsam Höchstleistungen erbracht haben und Experten die Güte von Testverfahren einschätzen
Text Verena Fischer
Noch nie stand die In-vitro-Diagnostik so sehr im Fokus der Öffentlichkeit wie in diesem Jahr, als es plötzlich darum ging, im Rekordtempo Testverfahren zu entwickeln, diese in Laboren zu implementieren und Abläufe schnellstmöglich umzustellen, um ein neues Virus aufzuspüren.
Alles begann, als am 31. Dezember 2019 der Ausbruch einer Lungenentzündung mit noch unbekannter Ursache in Wuhan bestätigt wurde. Am 28. Januar folgte dann die erste Corona-Diagnose in Deutschland, am 11. Februar schlug die WHO den Namen COVID-19 vor, und bereits zwölf Tage später verstarben die ersten Europäer in Italien daran. Am 11. März erklärte die WHO die bisherige Epidemie dann offiziell zur Pandemie, was die In-vitro-Diagnostikbranche über Nacht vor neue Herausforderungen stellte.
Eine Frage der Zeit
„In Deutschland, Österreich und der Schweiz besteht eine sehr große Nähe der Diagnostik zu den universitären Einrichtungen. Dadurch können die Unikliniken extrem schnell wissenschaftliches Know-how in die Diagnostik einfließen lassen. Das hat dazu geführt, dass wir frühzeitig flächendeckend COVID-19-Tests zur Verfügung hatten“, hebt der Fachvirologe Dr. Rolf Kaiser hervor, der seit 2001 die molekulare Diagnostik am Institut für Virologie in Köln leitet.
Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Christian Drosten, Direktor des Instituts für Virologie am Campus Charité Mitte, hatte bereits am 16. Januar den weltweit ersten Diagnostiktest entwickelt und zur Verfügung gestellt. Die WHO veröffentlichte dann das Testprotokoll als Leitfaden für Labore. „Prof. Drosten und sein Team haben ihre Laborprotokolle über Firmen, die Primer und Probes herstellen, allen anderen frühzeitig zur Verfügung gestellt, noch bevor das Entsprechende publiziert war. So konnten viele Unikliniken bereits im Januar mit solchen Inhouse-Nachweisen testen“, bestätigt Kaiser.
Vorsprung durch Testung
Der Vorsprung, der sich durch die frühzeitige Testentwicklung für die Pandemiebekämpfung ergeben hat, ist für Kaiser elementar: „Weil wir bereits testen konnten, haben wir COVID-19 darüber entdeckt, und nicht, wie in den meisten anderen Ländern, über klinisch symptomatische Patienten mit schwerer Lungenentzündung. Wir konnten hingegen Verdachtsfälle prüfen, weil wir schon die diagnostische Technik hatten.“ So wurde auch der erste deutsche Infizierte trotz fehlender Symptome frühzeitig als positiv diagnostiziert. Er hatte mit einer erkrankten Kollegin aus Wuhan eine Fortbildung besucht, die bei ihrer Rückkehr erste Symptome spürte und nach dem positiven Testergebnis die deutschen Kollegen informierte.
Kurz nachdem die Unikliniken erste Tests entwickelt hatten, begannen auch zahlreiche Firmen damit, COVID-19-Tests herzustellen und diese kommerziell anzubieten. Wegen des akuten Bedarfs war es wichtig, die Produkte in kürzester Zeit freizugeben. Labore standen daher vor der großen Herausforderung, bei einem Überangebot an Produkten diejenigen Tests mit der größten Validität ausfindig zu machen.
Nachweise mit Zertifikat
In der primären Diagnostik kommt der PCR-Virusnachweis zum Einsatz. Er sollte möglichst zeit-nah erfolgen, da die Viruslast bereits ab dem siebten Tag nach Auftreten der Symptome signifikant zurückgeht. Um die Standards dieser Untersuchung zu sichern, wurden von Beginn an qualitätssichernde Maßnahmen getroffen: „Das Konsiliarlabor Coronaviren der Charité stand für Rückfragen und zur Abgleichung von Diagnosen vom ersten Moment an zur Verfügung“, so Dr. Kaiser. „Die Experten haben außerdem sehr schnell in großem Stil Referenzmaterial für die Nachprüfung von kommerziellen Tests angeboten, um zu gucken, ob der Test auch wirklich das macht, was von ihm erwartet wird. Instand e. V. hat außerdem den ersten Ringversuch angeboten.“
Ringversuche dienen dazu, die Qualität der Diagnostik zu überprüfen. Dazu wird vorgetestetes Material an die Labore verschickt. Und nur wenn diese es schaffen, die Proben korrekt zu befunden, erhalten sie ein Zertifikat. „Ohne ein solches Zertifikat sind Abrechnungen mit der Kasse nicht möglich, sodass Labore, die momentan auf COVID-19 testen, alle sehr gute Ergebnisse erzielen“, bestätigt Kaiser.
Die Spuren von Viren aufdecken
Anders als bei den PCR-Untersuchungen geht es bei den Antikörpertests nicht um einen akuten Virusnachweis. Es wird damit getestet, ob es innerhalb der letzten acht bis zwölf Wochen eine Infektion gegeben hat. Für die Frage, ob eine SARS-CoV-2- Infektion bereits durchgemacht wurde, eignet sich besonders der Test auf IgG, das sich erst im Verlauf der Immunantwort bildet und längere Zeit persistiert.
Sechs Wochen nach erfolgter Infektion zeigen 94 bis 98 Prozent aller Getesteten IgG-Antikörper. Daher lässt sich mit solchen Testungen langfristig auch eine Einschätzung der tatsächlichen Infektionsrate der Bevölkerung treffen. So hat beispielsweise eine Untersuchung der Einwohner der österreichischen Stadt Ischgl im April ergeben, dass 42 Prozent der Bürger Antikörper im Blut aufweisen, obwohl 85 Prozent der Getesteten keinerlei Symptome gespürt und die Infektion scheinbar unbemerkt durchlebt haben.
Die parallele Messung des IgA kann besonders in der Frühphase sinnvoll sein, da damit auch Fälle mit verzögerter IgG-Bildung erfasst werden können. Die IgM-Bildung beginnt bereits am dritten bis vierten Tag nach Symptomeintritt und ist bei etwa 90 Prozent der Betroffenen sieben Tage nach Symptombeginn im Serum nachweisbar. Die typische Konstellation für eine akute bzw. kürzlich erfolgte Infektion wäre IgM/IgA-positiv, IgG-(noch) negativ.
„Bei den Antikörpertests gibt es Unterschiede. Einige weisen Strukturproteine des Virus nach, andere wiederum Oberflächenproteine, die für die Immunreaktion des Körpers wie auch für die Neutralisation der Viren verantwortlich sind und die Erregervermehrung unterbinden können. Bei der zweiten Variante haben wir es also mit einer funktionellen Prüfung zu tun, die belegt, dass der Organismus im Fall einer zweiten Infektion eine Abwehr in Gang setzen kann“, erklärt Kaiser. „Momentan finden auch für diese Tests wieder Ringversuche statt, die die Qualität der Antikörpertests vergleichen und eine gute Qualität belegen.“
Die Qualität der Coronavirus-PCR ist sehr hoch
Andauernde Immunität?
Ob eine Infektion mit COVID-19 eine andauernde Immunität gegen den Erreger mit sich bringt, ist noch nicht abschließend geklärt. Bei dem ersten COVID-19-Fall innerhalb Deutschlands, der im Januar 2020 positiv getestet wurde, waren beispielsweise bereits im April keine Antikörper mehr nachweisbar. Die Tatsache, dass Antikörper nach einer Zeit nicht mehr im Serum zu finden sind, genügt allein aber noch nicht, um eine Immunität gegen COVID-19 auszuschließen. „Bei anderen Erkrankungen ist es beispielsweise so, dass Gedächtniszellen im Körper verbleiben, die bei einem erneuten Viruskontakt aktiviert werden und dann eine Immunreaktion einleiten“, erklärt Kaiser. „Bei einem Zweitkontakt kann diese Immunreaktion wesentlich schneller und effektiver ablaufen.“ Solche Gedächtniszellen bleiben teilweise sogar das ganze Leben lang erhalten.
Bedeutung der Präanalytik
Auch wenn die Qualität von Virus-PCR- und Antikörper- ELISA-Tests mittlerweile belegt ist, gilt es, bei der Durchführung strikte Standards einzuhalten. Denn es gibt auch mögliche Fehlerquellen, die nichts mit den Tests an sich zu tun haben. „Die Präanalytik spielt eine wichtige Rolle. Das heißt, wenn man einmal im Nasenflügel wedelt, ist die Wahrscheinlichkeit eines positiven Abstrichs entsprechend gering. Wenn man einen sorgsamen Nasenund tiefen Rachenabstrich macht, dann ist die Wahrscheinlichkeit höher“, erklärt Kaiser und fährt fort: „Es fängt also damit an, dass Proben korrekt abgenommen werden.“ Auch bei der Verarbeitung können Fehler passieren. Wenn der Abstrichtupfer in dem Transportmedium für die PCR-Diagnostik nicht richtig aufgearbeitet wurde, dieser also beispielsweise nur einmal durch die Flüssigkeit geschwenkt wurde, ist das unter Umständen zu wenig, um das Virus nachzuweisen. Es eignet sich auch nicht jeder Tupfer für Abstriche. So empfiehlt beispielsweise das Robert Koch-Institut, Virustupfer mit entsprechendem Transportmedium oder trockene Tupfer mit einer kleinen Menge NaCl-Lösung, aber keine Agar-Tupfer zu verwenden.
„Dass es später noch zu Fehlern kommt, ist relativ unwahrscheinlich, da jeder kommerzielle Test inzwischen entsprechende Kontrollen mitführt, die zeigen, ob die PCR funktioniert hat“, so Kaiser. Bei den Antikörpertests kann im Ablauf weniger schiefgehen, da diese direkt im Blut gemessen werden. „Und auch da haben die Hersteller inzwischen Kontrollen eingebaut“, versichert der Virologe.
Viele engagierte niedergelassene Labore haben einen hohen Input geliefert
Sparen ist nicht alles
Insgesamt haben die In-vitro-Diagnostikbranche sowie die Labore während der COVID-19-Krise ihre hohe Bedeutung unter Beweis gestellt und die gewaltigen Herausforderungen hervorragend bewältigt. „Wir haben uns bestätigt gefühlt darin, dass wir die Diagnostik in Deutschland an der Uniklinik immer noch so eng angebunden haben an die Forschung. Denn wir neigen ja dazu, immer Kosten einsparen zu wollen, und damit geht viel Know-how verloren und man kann schlecht auf solche Gegebenheiten reagieren“, kommentiert Kaiser. „Das Zweite ist der Austausch der Universitäten untereinander sowie der Austausch mit allen beteiligten Laboren. Die niedergelassenen Labore haben einen hohen Input geliefert und viel dazu beigetragen, dass die Krise bisher so gut verlaufen ist.“ Mittlerweile steigt die Anzahl durchgeführter PCR-Tests kontinuierlich. Aktuell sind es mehr als eine Million Analysen pro Woche – Tendenz steigend. Damit geraten Labore immer wieder an ihre Auslastungsgrenze, weshalb aktuell geprüft wird, inwieweit Antigen-Schnelltests in die Teststrategie mit aufgenommen werden sollten.
Summary
- Während der COVID-19-Pandemie hat die Invitro- Diagnostik ihre Bedeutung unter Beweis gestellt
- In Deutschland, Österreich und der Schweiz brachte der Vorsprung bei der Testentwicklung große Vorteile. Hilfreich war auch die enge Zusammenarbeit mit der universitären Forschung
- Mit Ringversuchen wurde die Qualität von COVID-19-Tests gleich zu Beginn der Pandemie Gesichert
Fotoquelle: istock, Michael Wodak/Uniklinik Köln