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Großgerät des Leibniz Lungenzentrums Borstel unterstützt Kapazitätserhöhung der SARS-CoV2-Diagnostik am UKSH

Mittwoch, 08. April 2020

Mit Erwerb eines Großgerätes zur SARS-CoV2-Diagnostk vom Forschungszentrum Borstel, Leibniz Lungenzentrum (FZB), kann das UKSH seine Kapazität von SARS-CoV-2-Tests nahezu verdoppeln. Bislang diente das System (Roche Cobas 6800) der Diagnostik multiresistenter Tuberkulose-Erreger. Es ist gleichzeitig auf den Nachweis von aktiven SARS-CoV-2-Infektionen ausgerichtet und ermöglicht, große Probenmengen innerhalb weniger Stunden zu analysieren. Derzeit ist das Zentrallabor des UKSH auf einen Durchsatz von täglich bis zu 700 Tests ausgelegt, der jetzt auf 1.400 Tests pro Tag gesteigert wird. „Wir sind dem Land für die vorausschauende Finanzierung des High-Tech-Systems dankbar“, sagt Prof. Dr. Jens Scholz, Vorstandsvorsitzender des UKSH, „mit unseren Verfahren können wir die höchste technische Entwicklungsstufe abbilden. Labortests müssen ein richtiges Ergebnis liefern, damit Patienten des UKSH die für sie beste Versorgung erhalten.“

Wissenschaftsministerin Karin Prien hob hervor: „Mit dem Forschungszentrum Borstel, dem auf Lungenerkrankungen spezialisierten Krankenhaus Großhansdorf und dem Universitätsklinikum mit seinen beiden Standorten sind wir in der Lungenheilkunde sehr gut aufgestellt.“ Sie dankte den Einrichtungen für die unkomplizierte und schnelle Kooperation im Interesse der Patienten und Patientinnen. Das zeichne Schleswig-Holstein aus.

Das Forschungszentrum Borstel und das UKSH arbeiten seit Jahren bei der institutsübergreifenden Verbundforschung (Exzellenzcluster, Leibniz Wissenschaftscampus) eng zusammen. Jetzt kamen beide Institutionen im Interesse der Sicherstellung der Diagnostikkapazität für SARS-CoV2 in Schleswig-Holstein überein, das System im Institut für Klinische Chemie und im Institut für Klinische Molekularbiologie am UKSH gemeinsam zu betreiben.

„Die Lungenheilkunde in Schleswig-Holstein ordnet sich zurzeit neu. Dabei streben das UKSH Kiel und die Medizinische Klinik am Forschungszentrum Borstel eine noch engere Kooperation an. Das FZB gibt im Rahmen dieser kollegialen Zusammenarbeit das Gerät ans UKSH ab, da zurzeit der Probendurchsatz für die Corona-Diagnostik höher als für die Tuberkulose ist. Dies ist ein Zeichen uneigennütziger Kooperation im Interesse der Corona-Diagnostik für das Land“ sagt Prof. Stefan Ehlers, Zentrumsdirektor am Leibniz-Lungenzentrum Borstel.

„Für die Verlangsamung der Ausbreitung von SARS-CoV-2 kommt dem Nachweis des Virus eine entscheidende Rolle zu. Dass wir in Deutschland gut aufgestellt sind, liegt nicht zuletzt daran, dass sich die Labore gegenseitig unterstützen“, sagt Prof. Ralf Junker, Ärztlicher Direktor des Diagnostikzentrums am UKSH, „wir sind dem Land Schleswig-Holstein für die Finanzierung dankbar, es hat damit die Voraussetzung geschaffen, kreative Lösungen in einer Situation zu finden, in der es deutschlandweit kein Gerät im Handel gibt.“

Hintergrund zur Labordiagnostik am UKSH

Die aktuell verfügbare Medizintechnik erlaubt der UKSH-Diagnostik derzeit bis zu 700 PCR-Untersuchungen pro Tag. Dieser Wert ist erreichbar, wenn in Spitzenzeiten alle Anlagen rund um die Uhr in Betrieb sind. Aktuell bis zu 400 Proben in 24 Stunden im Dauerbetrieb. Parallel zum Laborbetrieb installieren die Experten technische Einrichtungen, die den Probenlauf verkürzen. Ebenso sind Großgeräte in Vorbereitung, die einen höheren parallelen Probendurchsatz erlauben. Die Kapazität wird so auf mindestens das Doppelte der Spitzenlast erhöht. Es stehen damit mindestens 1.400 Tests am Tag zur Verfügung. Durch die Verwendung von Testsystemen unterschiedlicher Hersteller wird auch die Ausfallssicherheit, z. B. durch Abbruch von Lieferketten nur eines einzigen Herstellers, erhöht.

Auch das Verfahren zur Antikörperbestimmung wurde bereits eingeführt. Es kommt eine vollautomatisierte Technologie zum Einsatz, die die Untersuchung täglich mehrerer hundert Proben erlaubt. Nach Auswertung der ersten Daten zeigt sich allerdings, dass unerkannt ausgeheilte Erkrankungen in der Gesamtbevölkerung eher selten zu finden sind, sodass ein Flächenscreening zur Erkennung von immunen Personen, auch angesichts der knappen Ressourcen bei den Testherstellern, zum gegenwärtigen Zeitpunkt wenig sinnvoll erscheint.*

Bei beiden Verfahren setzt das UKSH auf High-Tech: Es handelt sich um Laborverfahren, die die derzeit höchste technische Entwicklungsstufe repräsentieren. Wichtig, um sicherzugehen, dass Labortests ein richtiges Ergebnis liefern und Patienten auf dieser Grundlage im UKSH die für sie beste Versorgung erhalten.

Da es sich um sehr empfindliche Verfahren handelt, sind nach technischer Installation umfangreiche Probeläufe erforderlich. Dies dient der Sicherstellung einer einwandfreien Funktion der Messgeräte und ist in Deutschland gesetzlich vorgeschrieben.

News und Fake-News zum Corona-Test

Ergebnisse der Diagnostik von COVID-19 bietet die Labormedizin derzeit in zwei Verfahren an:

  • die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zum Nachweis des Erbguts (RNA) des Virus,

  • der aktuell verfügbare Antikörper-Nachweis zur Prüfung der Immunitätslage des Patienten.

Die Tests unterscheiden sich in ihrer Durchführung und Aussage erheblich.

PCR - Polymerase-Kettenreaktion

Mit der Untersuchung wird festgestellt, ob eine Person Träger des Virus ist. Mit dem Labortest wird das Erbgut des Virus nachgewiesen („RNA“). Die Virusmenge in einer Probe (z. B. beim Abstrich in Nase und Rachen) ist in der Regel aber so gering, dass die RNA-Moleküle der Viren nicht in einem einzigen diagnostischen Schritt nachgewiesen werden können. Dem Nachweis wird darum eine labortechnische Vervielfältigung bestimmter

Abschnitte des Erbguts vorangestellt, bis eine messbare Menge vorliegt. Die PCR ist seit über 30 Jahren als Standardprogramm in diagnostischen Laboren bekannt. Auch Lungenspülflüssigkeit oder Stuhlproben sind diagnostisch verwertbar - im Blut befinden sich dagegen nicht genug Viren, um sie darin nachweisen zu können. Auch wenn die Technik für den PCR-Test in vielen Laboratorien zur Verfügung steht, muss die Untersuchung für den SARS-CoV-2-Test individuell entwickelt und getestet werden.

Ein positives Testergebnis bedeutet, dass Virus-Erbgut nachgewiesen wurde. Das deutet in der Regel auf eine Infektion und ein frühes bis mittleres Krankheitsstadium hin: Der Nachweis des Virus-Erbgutes gelingt in der Regel sicher ab dem 3. bis 5. Tag nach der Infektion. Nach Beginn der erkältungsähnlichen Symptome ist das Virus meist noch etwa 7 bis 14 Tage durch den PCR-Test nachweisbar. In dieser Zeit kann das Virus auf andere Menschen übertragen werden.

Die Laboratorien sind auf die Lieferung besonderer Chemikalien (sog. Reagenzien) und anderer Verbrauchsmaterialien für die Tests angewiesen. Kommt es beim Hersteller zu einer Verknappung, können die Labore nicht arbeiten.

Das gilt auch für die Abstrich-Entnahmesysteme. Nicht mit allen dieser Abstrichtupfer werden ausreichend Viren gewonnen, um sie labordiagnostisch nachweisen zu können. Zur Verwendung der Tupfer sind die Hinweise des Labors deshalb unbedingt zu beachten.

Der PCR-Test stellt eine wichtige – aber auch mengenmäßig begrenzte - Möglichkeit des Gesundheitssystems dar, die derzeit nur gezielt eingesetzt werden sollte: Bei entsprechendem Verdacht, mit ärztlicher Indikationsstellung und unter Berücksichtigung aktueller Empfehlungen, z. B. des Robert-Koch-Instituts.

Antikörper-Nachweis

Für den Antikörper-Nachweis wird das Blut darauf untersucht, ob es sich gegen das Virus „gewehrt“ hat. Der Laborarzt weist also einen vorausgegangenen Kontakt des menschlichen Immunsystems mit dem Virus nach.

Nach der Blutentnahme wird das Blut im Labor weiterbearbeitet, um daraus einen speziellen Bestandteil des Blutes zu gewinnen. Dieses „Serum“ kann dann weiter auf Antikörper untersucht werden. Der Nachweis von Antikörpern erfolgt anhand spezieller Strukturen und einer Farbstoffreaktion im Reaktionsgefäß.

Es werden zwei verschiedene spezielle Antikörper untersucht. Einer der beiden Antikörper ist schon 5 bis 6 Tage nach Infektion nachweisbar (IgA). Nach 10 bis 12 Tagen steigt auch der zweite Antikörperwert im Serum an. Dieser ist wie ein „Gedächtnis“ dauerhaft im aufbereiteten Blut nachweisbar (IgG). Es ist anzunehmen, dass Personen, bei denen dieser Antikörper nachgewiesen wird, gegen eine erneute Ansteckung mit demselben Virus immun sind.

Ein negatives Testergebnis bedeutet allerdings, dass das Stadium der Antikörperbildung noch nicht erreicht ist oder dass keine Infektion vorliegt oder vorlag. Bei einem starken klinischen Verdacht auf das Vorliegen einer Infektion müsste der Test also gegebenenfalls nach einigen Tagen wiederholt werden. Ähnlich wie bei der PCR müssen auch die Einzelverfahren für den Antikörper-Nachweis in jedem Labor angepasst und getestet werden.

Antikörper-Tests werden seit Kurzem von verschiedenen Herstellern in unterschiedlichen Formaten angeboten. Begrenzt ist hier vor allem die Verfügbarkeit der Reagenzien und Verbrauchsmaterialien beim Hersteller.

Labortest „to go“ ist ein „no go“

Mit keinem Test, also weder mit der PCR noch mit dem Antikörpertest, kann das Vorliegen einer akuten Infektion sicher ausgeschlossen werden. Die Angebote von „Drive-In-Tests“ oder Labortests als sogenannte Individuelle Gesundheitsleistungen (IGeL) helfen nicht, die Infektionslage oder das persönliche Risiko besser einzuschätzen. Ein Massenscreening mit dem Antikörpertest kann sinnvoll sein, wenn die Krankheitshäufigkeit ausreichend hoch ist und daraus Konsequenzen gezogen werden, z. B. für den Einsatz im Pflegebereich oder zur Einschätzung von weitergehenden Maßnahmen für die Gesamtbevölkerung. Dies ist derzeit jedoch nicht der Fall. Bei symptomfreien Personen ein Screening im breiten Ansatz durchzuführen, würde nur zu einem hohen Verbrauch der knappen Laborressourcen führen - ohne weitergehende Aussage.

Dazu ein praktisches Rechenbeispiel:

Die Beispielgruppe soll 10.000 Personen groß sein. Wenn wir voraussetzen, dass der bundesweite Anteil an Corona-infizierten Personen (rund 0,12 %) auch für diese Gruppe gilt, dann wären darin 12 Menschen infiziert und würden Antikörper bilden.

Der Antikörper-Test weist eine sogenannte Unspezifität von etwa 2 % auf. Das ist für solche Tests ein normaler Wert. Er bedeutet, dass in 2 % der Fälle ein positives Testergebnis entstehen kann, ohne dass wirklich eine Infektion vorgelegen hat.

Bezogen auf die Gruppe würde das heißen, dass 200 Personen (2 %) ein positives Testergebnis hätten, ohne dass eine Infektion vorlag. Also viel mehr, als die, die wirklich infiziert sind und ein richtiges positives Testergebnis haben. Das positive Testergebnis ohne wirklich überstandenen Infektion könnte ein Gefühl der falschen Sicherheit vermitteln und zu der Annahme verleiten, nicht mehr krank werden zu können und durch den Verzicht auf Schutzmaßnahmen sich selbst anzustecken und das Virus dadurch zu übertragen.

Ein Antikörper-Test kann also erst später sinnvoll eingesetzt werden, wenn der Anteil der Betroffenen deutlich größer ist.

Wie „sicher“ ist das Ergebnis?

Beim PCR-Test kann die Entnahme der Probe misslingen. Wenn der Tupfer die Nasen- und Rachenschleimhaut nur punktuell berührt, kann zu wenig Virusmaterial auf den Tupfer gelangen und ein negatives Testergebnis die falsche Folge sein. Dies gilt auch, wenn die Probe mehrere Tage ungeschützt unterwegs ist, da das Erbgut des Virus beim Eintreffen im Labor bereits abgebaut sein kann. Abgesehen davon ist insbesondere die PCR eine Momentaufnahme. Ein negatives Ergebnis schließt nicht aus, dass eine Infektion zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt nach dem Labortest erfolgen kann.

In Einzelfällen wurde das Erbgut des Virus sogar nach Abklingen der Symptome im Nasen- und Rachenabstrich gefunden. Was dies allerdings praktisch für die Verbreitung des Virus bedeutet, ist noch unklar und wird wissenschaftlich untersucht: Es kann sich um fortbestehende, vermehrungsfähige Viren handeln, genauso gut aber auch um zerstörte oder unvollständige Viren, die ungefährlich sind.

CE-Zertifizierung bescheinigt nur Verkaufserlaubnis

Eine CE-Kennzeichnung bedeutet, dass die Anforderungen der Europäischen Union erfüllt sind. Die durch eine Behörde vergebene CE-Kennzeichnung für einen diagnostischen Test erlaubt also dessen Inverkehrbringen und dass beispielsweise die Angaben in der Packungsbeilage der Wahrheit entsprechen. Nicht selten wird eine CE-Kennzeichnung fälschlicherweise als Beleg für die diagnostische Qualität eines Tests angeführt. Bei kritischer Durchsicht stellt sich häufig heraus, dass Sensitivität und/oder Spezifität - also die Empfindlichkeit und die Genauigkeit - des Tests gering sind und nicht den klinischen Ansprüchen genügen. Auch zu finden sind Angaben, dass ein Test mit sehr wenigen Probanden bzw. Patienten geprüft wurde. Es bedarf immer der individuellen Überprüfung eines Verfahrens und der kritischen Bewertung der Ergebnisse. Dies ist für Laborverfahren auch gesetzlich vorgeschrieben.

Schnelltests

Inzwischen bieten erste Diagnostika-Hersteller PCR-Schnelltests an. Die Laufzeit beträgt nach Herstellerangaben zwischen 30 Minuten und 3 Stunden. Die analytische Qualität dieser Tests kann durchaus akzeptabel sein. Limitierend für den Einsatz von Schnelltests ist, dass sie für die Messung von Einzelproben konzipiert sind - in der Regel können auf einem entsprechenden Messgerät 1 bis 4 Tests parallel laufen. Erst nach Abschluss der Messung können die nächsten Proben untersucht werden. Für den Hochdurchsatz - also mehrerer hundert Proben - in einem Krankenhaus sind solche Tests nicht einsetzbar. Auch sind inzwischen Antikörper-Schnelltests am Markt erhältlich. Die praktische Durchführung dauert nur wenige Minuten. Zum Einsatz kommt ein Blutstropfen aus der Fingerbeere, der ähnlich wie bei einer Blutzuckeruntersuchung auf einen Teststreifen aufgetragen wird. Der Tropfen verläuft entlang des Teststreifens bis zu einer Stelle, an der die Antikörper sich sammeln. Dort zeigt sich dann ein farbiger Streifen, wenn Antikörper vorliegen. Bei den meisten Schnelltests-Verfahren werden unter anderem sog. IgM-Antikörper nachgewiesen, die auch mit harmloseren Schnupfenviren aus der Corona-Familie reagieren können. So kann es zu einem falschen positiven Ergebnis kommen. Durch die Beimengung von Gewebeflüssigkeit bei der Blutabnahme aus der Fingerbeere kann es außerdem zu einer Verdünnung der Blutprobe kommen, sodass Antikörper nicht mehr nachweisbar sind. Dies wäre dann ein falsches negatives Ergebnis. Unter die vielen „seriösen“ Anbieter solcher Tests mischen sich zum Teil fragwürdige Angebote, die auch über das Internet vertrieben werden. Grundsätzlich muss sich der Anwender solcher Tests über die Limitationen und die unterschiedliche Qualität der Angebote bewusst sein.

Perspektiven

Labortests auf SARS-CoV-2 befinden sich trotz der kurzen Entwicklungszeit auf einem hohen diagnostischen Niveau. Sowohl die Empfindlichkeit als auch die Genauigkeit (Sensitivität und Spezifität) sind ähnlich präzise wie bei lang etablierten Verfahren.

Limitierend für die Durchführung sind vor allem die Reagenz- und Verbrauchsmateriallieferungen einschließlich der Abstrichtupfer durch die Hersteller. Aufgrund des weltweiten Bedarfs kommt es hier zu Engpässen. Dies wird sich nach Abklingen der Pandemie ändern.

Die Anforderung von Labortests sollte darum bis zur Verfügbarkeit größerer Kontingente streng ärztlich kontrolliert und nach den Vorgaben der zuständigen Behörden bzw. des Robert-Koch-Instituts erfolgen.

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Das UKSH setzt auf Hightech bei der Corona-Diagnostik.

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Mit Sorgfalt, Erfahrung und persönlichem Engagement sorgen die Mitarbeiter der UKSH-Labore für richtige Testergebnisse.

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Prof. Dr. med. Ralf Junker, Ärztliche Direktion des campusübergreifenden Diagnostikzentrums des UKSH

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Prof. Dr. Philip Rosenstiel, Direktor des Instituts für Klinische Molekularbiologie

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